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Die
Erfindung betrifft einen Messfühler
mit einem Gehäuse
und mit einem Sensor zum Erfassen einer physikalischen Größe.
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Aus
der Druckschrift WO 03/046496 A1 ist ein Messfühler bekannt, bei dem ein Sensor
zum Erfassen einer physikalischen Größe in ein Gehäuse eingebaut
ist.
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Aus
der Druckschrift
DE
4442427 A1 ist ein Messfühler mit einem gehäusten Sensor
bekannt. An der Innenwand eines Gehäuses liegt eine Kompressionsdurchführungsdichtung
an, durch die die Anschlussleitungen hindurch geführt sind.
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Aus
der Druckschrift
DE
4109444 A1 ist ein weiterer Messfühler mit einem gehäusten Sensor und
einer an der Innenwand eines Gehäuses
und an Anschlussleitungen anliegenden Durchführungsdichtung bekannt.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Messfühler anzugeben,
der besonders einfach hergestellt werden kann.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch einen Messfühler
nach Patentanspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Messfühlers sind
Gegenstand von Unteransprüchen.
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Es
wird ein Messfühler
angegeben, der einen Sensor zum Erfassen einer physikalischen Größe enthält. Beispielsweise
kann die physikalische Größe eine
Temperatur sein. Darüber
hinaus kann die physikalische Größe aber
auch der Luftdruck, die Feuchtigkeit oder eine andere Größe sein.
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Der
Sensor kann beispielsweise ein NTC-Messfühler sein zum Messen der Temperatur.
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Zum
Schutz des Sensors gegenüber
Umgebungseinflüssen,
insbesondere gegenüber
mechanischen Beschädigungen,
ist ein Gehäuse
vorgesehen, in das der Sensor eingebaut ist. Insbesondere kann der
Sensor in dem Gehäuse
angeordnet sein.
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Es
sind ferner Anschlussleitungen vorgesehen, die mit dem Sensor verbunden
sind. Die Anschlussleitungen dienen dazu, eine elektrische Größe, die
von dem Sensor in Abhängigkeit
der zu messenden physikalischen Größe erzeugt wird, zu erfassen.
Beispielsweise können
Anschlussleitungen dafür
verwendet werden, den elektrischen Widerstand des Sensors zu erfassen.
Für den
Fall, dass der Sensor ein NTC-Temperatursensor
ist, ändert
sich der Ohm'sche
Widerstand des Sensors in Abhängigkeit von
der Umgebungstemperatur.
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Vorzugsweise
sind zwei Anschlussleitungen für
das Erfassen der elektrischen Größe vorgesehen. Es
können
aber auch vier Anschlussleitungen vorgesehen sein, beispielsweise
um eine 4-Punkt-Messung,
d. h., eine sehr genaue Messung eines elektrischen Widerstands vorzunehmen.
Darüber
hinaus können
auch drei oder fünf
oder sogar noch mehr Anschlussleitungen vorgesehen sein.
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Es
ist darüber
hinaus eine Dichtung vorgesehen, die an den Anschlussleitungen anliegt.
D. h., dass die Anschlussleitungen in jeweils einem Abschnitt von
der Dichtung umgeben sind. Die Anschlussleitungen treten durch die
Dichtung hindurch.
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Darüber hinaus
ist es vorgesehen, dass die Dichtung an der Innenwand des Gehäuses anliegt.
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Der
hier angegebene Messfühler
macht sich die Idee zunutze, einen Raum im Inneren des Gehäuses mit
einer einzigen Dichtung abzudichten. Abgedichtet wird dabei zum
einen die Stelle des Raums, wo die Anschlussleitungen aus dem Raum
heraustreten. Dies geschieht, indem die Dichtung an den Anschlussleitungen
anliegt. Darüber
hinaus wird der Raum auch abgedichtet an der Innenwand des Gehäuses. Zu
diesem Zweck liegt die Dichtung an der Innenwand des Gehäuses an.
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Die
Dichtung weist Leitungsdurchlassöffnungen
auf, durch die die Anschlussleitungen durchgeführt sind. An der Innenwand
von mindestens einer der Leitungsdurchlassöffnungen sind verformbare Vorsprünge angeordnet.
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Der
abzudichtende Raum ist gegeben durch das Gehäuse und durch die Dichtung.
Aus dem Raum treten die Anschlussleitungen heraus, wobei diese durch
die Dichtung hindurch verlaufen.
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Durch
das Abdichten des Raumes, in dem sich der Sensor befindet, kann
die Gefahr des Eintretens von Feuchtigkeit oder Schmutz in den Raum verringert
werden.
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Mittels
des hier angegebenen Messfühlers können Probleme
beim Abdichten von Leitungsaustrittsstellen von Sensorgehäusen, beispielsweise
bei Temperatursensoren, die in feuchter Umgebung und in einem relativ
großen
Temperaturbereich, beispielsweise zwischen minus 55 Grad Celsius
und 250 Grad Celsius betrieben werden, weitgehend beseitigt werden.
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Durch
die Verwendung nur eines einzigen Dichtelements kann die Abdichtung
der Sensorleitungen sowie die Abdichtung des Gehäuses in einem einzigen Funktionselement
vereinigt werden. Dadurch kann erreicht werden, dass an der Außenseite des
Messfühlers
bzw. an der Außenseite
des Gehäuses
kein weiteres Dichtelement mehr erforderlich ist.
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Der
hier angegebene Messfühler
hat darüber hinaus
den Vorteil, dass bei einer sehr guten Dichtwirkung, auch im Vergleich
zu Messfühlern,
wo mehrere Einzeldichtungen verwendet werden, bei sehr geringem
Platzbedarf und bei sehr geringem Teileaufwand und Montageaufwand
eine sehr kompakte und leicht herzustellende Lösung angegeben wurde.
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Vorteilhafterweise
kann die Dichtung so ausgestaltet sein, dass sie in einem Bereich
des Gehäuses,
in dem die Anschlussleitungen verlaufen, den gesamten Raum zwischen
den Anschlussleitungen und der Innenwand des Gehäuses ausfüllt. Diese Ausführungsform
des Messfühlers
hat den Vorteil, dass durch ein einziges Element sowohl eine Abdichtung
des gesamten offenen Endes des Gehäuses als auch eine Abdichtung
an speziellen, kritischen Stellen, nämlich an der Innenwand des
Gehäuses
und am Ort der Anschlussleitungen durch ein einziges Teil bewerkstelligt
werden kann.
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In
einer anderen Ausführungsform
des Messfühlers
ist es vorgesehen, dass die Dichtung einen Innenraum des Gehäuses gegen
die Umgebung abdichtet und dass an der Außenseite der Dichtung ein Führungsteil
zum Führen
der Anschlussleitungen angeordnet ist.
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Durch
das zusätzliche
Anordnung eines Führungsteils
kann erreicht werden, dass auch bei äußerer mechanischer Belastung
der Anschlussleitungen, beispielsweise beim Auseinanderziehen der
Anschlussleitungen in entgegengesetzte Richtungen, die Wirkung der
Dichtung nicht beeinträchtigt
wird. Denn das Führungsteil
kann verhindern, dass beim Auseinanderziehen bzw. bei einer anderen ähnlichen Krafteinwirkung
auf die Anschlussleitungen eine Verformung der Dichtung und die
Bildung eines offenen Kanals von der Umgebung zum Innenraum des
Gehäuses
hin stattfindet.
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In
einer anderen Ausführungsform
des Messfühlers
kann das Führungsteil
formschlüssig
an der Dichtung anliegen. Zusammen mit einem entsprechenden Widerlager
auf der gegenüberliegenden
Seite der Dichtung kann durch eine solche Ausführungsform die Dichtung noch
zusammengepresst werden, was die Dichtungswirkung verbessern kann.
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In
einer anderen Ausführungsform
des Messfühlers
ist es vorgesehen, dass die Dichtung an das Führungsteil angespritzt ist.
Diese Ausführungsform
hat den Vorteil, dass Dichtung und Führungsteil ein einziges Element
bilden, das mit entsprechend geringem Montageaufwand für die Herstellung
des Messfühlers
verwendet werden kann.
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In
einer anderen Ausführungsform
des Messfühlers
ist es vorgesehen, dass das Gehäuse ein
offenes Ende aufweist, an dem ein Abschlusselement angeordnet ist.
Durch das Abschlusselement treten die Anschlussleitungen nach außen aus.
Auf der Außenseite
des Abschlusselements können
die Anschlussleitungen dann weiter kontaktiert werden.
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Der
hier angegebene Messfühler
wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren
näher erläutert:
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1 zeigt
einen Messfühler
in einem schematischen Querschnitt.
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2 zeigt
eine beispielhafte Anordnung einer Dichtung und eines Führungsteils
in einem schematischen Querschnitt.
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3 zeigt
eine weitere Anordnung einer Dichtung und eines Führungsteils
in einem schematischen Querschnitt.
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4 zeigt
einen Schnitt entlang der Ebene I-I aus 2.
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5 zeigt
beispielhaft einen weiteren Messfühler in einem schematischen
Querschnitt.
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6 zeigt
eine Anordnung mit einem Sensor, einer Dichtung und einem Führungsteil
zur Herstellung des Messfühlers
aus 5.
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Dabei
werden für
Elemente, die gleich sind oder die die gleiche Funktion aufweisen,
jeweils gleiche Bezugszeichen verwendet.
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1 zeigt
einen Messfühler
mit einem Gehäuse 3.
Das Gehäuse 3 hat
die Form einer Hülse, die
sich entlang einer Längsrichtung
erstreckt und die auf einer Seite ein geschlossenes Ende und auf
der anderen Seite ein offenes Ende aufweist. Das Gehäuse 3 kann
aber auch jede beliebige andere Form aufweisen. Es ist ferner eine
Dichtung 4 vorgesehen, die auf der offenen Seite des Gehäuses 3 angeordnet ist
und die einen Innenraum 5 des Gehäuse 3 gegen die Umgebung
abdichtet.
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Das
Gehäuse 3 in 1 weist
ferner Kühlrippen 32 auf,
die den Austausch von Wärme
zwischen dem Sensor 1 und der Umgebung des Messfühlers verbessern
können.
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Der
Innenraum 5 kann mit Luft oder 'auch mit einer Spritzgussmasse, beispielsweise
einem Epoxydharz gefüllt
sein.
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Im
Innenraum 5 ist ein Sensor 1 angeordnet, der zum
Erfassen einer physikalischen Größe dient. Beispielsweise
kann es sich bei dem Sensor 1 um einen Temperatursensor
handeln. Der Sensor 1 ist verbunden mit Anschlussleitungen,
wobei eine Anschlussleitung 21 in 1 gezeigt
ist. Die Anschlussleitung 21 ist elektrisch leitend mit
dem Sensor 1 verbunden. Sie verbindet den Sensor 1 mit
der Umgebung des Messfühlers.
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An
dem offenen Ende des Gehäuses 3 ist
die Dichtung 4 vorgesehen. Sie wird in den 2 und 3 noch
näher erläutert. Es
ist ferner ein Führungsteil 6 vorgesehen,
das das Gehäuse 3 nach
außen
abschließt
und das an der Dichtung 4 anliegt. Das Führungsteil 6 wird
ebenfalls in den 2 und 3 noch näher beschrieben.
Auf der Außenseite des
Führungsteils 6 ist
ein Montagedeckel 63 angeordnet, der unter anderem dazu
dient, zusammen mit dem Führungsteil 6 einen
Leitungskanal 61 zu bilden, in dem die Anschlussleitung 21 verläuft. Das
Führungsteil 6 dient
zur mechanisch festen Führung
der Anschlussleitungen. Das Führungsteil 6 kann
auch dazu dienen, die Dichtung 4 von außen nach innen zusammen zu
drücken,
um die Dichtungswirkung zu erhöhen.
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Zur
Montage des Führungsteils 6 können Rasthaken 64 vorgesehen
sein, die in entsprechende Vertiefungen des Gehäuses 3 einrasten und
die für eine
feste Montage des Führungsteils 6 sorgen.
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Auch
der Montagedeckel 63 kann mit einem oder mehreren Rasthaken 631 versehen
sein, um eine gute Befestigung beispielsweise nach Art der Rasthaken 64 auf
dem Führungsteil 6 zu
erreichen.
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2 zeigt
eine Anordnung einer Dichtung 4 mit einem Führungsteil 6,
wobei die Dichtung 4 formschlüssig gekoppelt ist mit dem
Führungsteil 6.
Das Führungsteil 6 weist
Vorsprünge 62 auf,
die in die Dichtung 4 hineinragen. Die Dichtung 4 kann
haftungsmodifiziert an das Führungsteil 6 angespritzt sein.
Die Dichtung 4 kann also haftungsmodifiziert bzw. formschlüssig gekoppelt
mit der Leitungsführung
sein. Die Leitungsführung
kann unbeabsichtigtes Verkanten der Leitungen zur Dichtstelle und
somit ein Öffnen
der Dichtung verhindern.
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Unabhängig davon,
wie die Dichtung 4 in Relation zum Führungsteil 6 angespritzt
oder sonst wie angeordnet ist, ist in 2 noch zu
entnehmen, dass die Dichtung 4 weitere vorteilhafte Merkmale
aufweisen kann.
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Es
können
Lamellen 41 an der Außenseite der
Dichtung 4 angeordnet sein, die die Dichtungswirkung an
der Innenwand 31 des Gehäuses 3 verbessern.
Hierzu wird auch auf 1 verwiesen, wo gezeigt ist,
dass die Lamellen 41 bei Einschieben der Dichtung von unten
nach oben in den extra dafür
vorgesehenen Abschnitt des Gehäuses 3 nach
unten bzw. nach innen gebogen werden und somit für eine mehrstufige, gute Abdichtung
des Innenraums 5 des Gehäuses 3 zur Umgebung
hin sorgen.
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Darüber hinaus
können
Leitungsdurchlassöffnungen 43 vorgesehen
sein, durch die die Anschlussleitungen durch die Dichtung 4 hindurchtreten können. An
der Innenwand einer Leitungsdurchlassöffnung können innere Vorsprünge 42 angeordnet sein,
die beim Einführen
der Anschlussleitungen verformt werden und dadurch die Dichtwirkung
verbessern können.
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Darüber hinaus
kann zum Verquetschen der Dichtung noch eine Schulter 44 an
der dem Innenraum 5 zugewandten Seite der Dichtung vorgesehen sein,
wobei durch Pressen der Schulter 44 gegen ein entsprechend
gestaltetes Widerlager 33 des Gehäuses 3 eine zusätzliche
Verbesserung der Dichtwirkung erzielt werden kann.
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4 zeigt
noch einen Querschnitt entlang der Ebene I-I in 2.
Hieraus geht hervor, dass beispielsweise zwei Leitungsdurchlassöffnungen 43 vorgesehen
sein können,
durch die Anschlussleitungen geführt
werden können.
Im übrigen
hat die Dichtung 4 einen runden Querschnitt. Der Querschnitt kann
aber auch oval oder in sonstiger Weise an die Form des Gehäuses 3 angepasst
sein.
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3 zeigt
noch eine weitere Anordnung aus einer Dichtung 4 und einem
Führungsteil 6,
wobei die beiden Teile 4, 6 sich mit jeweils planen
Ebenen übereinander
liegen. Durch eine entsprechende geometrische Gestaltung der Dichtung 4 kann
eine formschlüssige
Anbindung an die Gehäusewandung im
Inneren des Sensorgehäuses
erreicht werden.
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Mittels
des Führungsteils 6 kann
die Dichtung 4 mit dem Gehäuse 3 verpresst werden,
um die Dichtungswirkung zu verbessern.
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Bezüglich der
Wahl der Materialien für
die hier vorgestellten Elemente des Messfühlers gilt allgemein, dass
das Material der Dichtung 4 elastischer sein sollte, als
das Material des Führungsteils 6.
Je nach Anwendungsfall können
unterschiedliche Kunststoffe für
die Realisierung der Dichtung 4 eingesetzt werden, wobei
die verwendeten Gehäuse aus beliebigen
Kunststoffen, Metallen oder auch keramischen Materialien bestehen
können.
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Das
Gehäuse 3 kann
beispielsweise die Form eines Rohres oder eines Schlauches haben, wobei
ein Ende des Rohres bzw. Schlauches geschlossen und ein anderes
Ende geöffnet
ist.
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Das
Gehäuse 3 kann
vorzugsweise aus einem geeigneten Kunststoff oder auch aus einem
geeigneten Metall bestehen.
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Die
Anschlussleitungen bestehen vorzugsweise aus einem elektrisch leitenden
Draht und einer außen
um den Draht herum angeordneten Isolierung. Die Isolierung kann
vorzugsweise aus PTFE, PB, PVC, Silikon oder auch einem anderen
geeigneten flexiblen, elektrisch isolierenden Werkstoff bestehen.
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Als
Material für
die Dichtung 4 kommt insbesondere Silikon, EPDM, NBR oder
ein anderer geeigneter flexibler, für eine Dichtung geeigneter
Werkstoff in Betracht.
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Für das Führungsteil 6 kommen
insbesondere als Material die Werkstoffe TOM, PA, PE oder andere
verarbeitbare Kunststoffe in Betracht.
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Für den Fall,
dass eine Leitungsführung
mit haftungsmodifiziert umspritzter Dichtung vorgesehen ist, muss
darauf geachtet werden, dass die gewählten Materialien auch für den hier
gewünschten
Herstellungsprozess geeignet sind.
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5 zeigt
eine weitere Ausführungsform für einen
Messfühler,
wobei in einem Gehäuse 3 ein Sensor 1 angeordnet
ist. Der Sensor 1 weist zwei Kontaktdrähte 91, 92 auf,
die direkt mit dem Sensor 1 verbunden sind. Es sind ferner
Crimp- Verbindungen 8 vorgesehen,
an denen die Kontaktdrähte 91, 92 mit
Anschlussleitungen 21, 22 verbunden sind. Ein
Innenraum 5 des Gehäuses 3 ist
mittels einer Dichtung 4 abgedichtet. Im Prinzip kommen
Dichtungen, wie sie in den 1, 2, 3 und 4 beschrieben
sind, in Betracht. Ähnlich
wie in den bereits vorstehend beschriebenen Figuren ist auch ein Führungsteil 6 vorgesehen.
Im Unterschied zu 1 ist jedoch der äußere Abschluss
des Gehäuses 3 nicht
mittels eines Montagedeckels, sondern mittels eines umspritzten
Abschlusselements 7 bewerkstelligt.
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6 zeigt
noch eine Anordnung aus einem Sensor 1, einer Dichtung 4 und
einem mit der Dichtung fest verbundenen Führungsteil 6, wobei
auch schon die Anschlussdrähte 21, 22 durch
die Dichtung 4 bzw. durch das Führungsteil 6 durchgeführt sind. Der
Messfühler
gemäß 5 kann
durch Einführen der
Anordnung nach 6 in eine Hülse 3 und anschließendes Umspritzen
mit dem Abschlusselement 7 hergestellt werden.
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Der
vorstehend beschriebene Messfühler
ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern
umfasst auch alle Teil- und Unterkombinationen der beschriebenen
Merkmale.
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- 1
- Sensor
- 21,
22
- Anschlussleitung
- 3
- Gehäuse
- 31
- Innenwand
- 32
- Kühlrippe
- 33
- Widerlager
- 4
- Dichtung
- 41
- Lamelle
- 42
- Innerer
Vorsprung
- 43
- Leitungsdurchlassöffnung
- 44
- Schulter
- 5
- Innenraum
- 6
- Führungsteil
- 61
- Leitungskanal
- 62
- Vorsprung
- 63
- Montagedeckel
- 631
- Rasthaken
- 64
- Rasthaken
- 7
- Abschlusselement
- 8
- Crimp-Verbindung
- 91,
92
- Kontaktdraht