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Die
Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zum Messen einer Konzentration
einer Gaskomponente in einem Gasgemisch.
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In
Kraftfahrzeugen, in denen Brennkraftmaschinen in Betrieb sind, sollen
Schadstoffemissionen der Brennkraftmaschine so gering wie möglich sein. Dies
kann erreicht werden, indem die Schadstoffemissionen verringert
werden, die während
der Verbrennung des Luft/Kraftstoffgemisches in der Brennkraftmaschine
entstehen. Außerdem
können
Abgasnachbehandlungssysteme eingesetzt werden, die die Schadstoffemissionen,
die während
des Verbrennungsprozesses des Luft/Kraftstoffgemisches erzeugt wurden,
in weniger schädliche
Stoffe umwandeln. Es werden Sensoren eingesetzt, um Konzentrationen
verschiedener Schadstoffe und weiterer Gase zu messen. Diese Messdaten
können
bei der Steuerung der Brennkraftmaschine beziehungsweise des Abgasnachbehandlungssystems
berücksichtigt werden.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Sensoranordnung anzugeben,
die kostengünstig
herzustellen ist und flexibel eingesetzt werden kann.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch eine Sensoranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Eine
Sensoranordnung weist eine Sensorvorrichtung auf. Die Sensorvorrichtung
umfasst mindestens ein Sensorelement, das eingerichtet ist, eine Konzentration
einer Gaskomponente in einem Gasgemisch zu messen. Die Sensorvorrichtung
umfasst weiterhin eine Speichervorrichtung, in der dem Sensorelement
individuell zugeordnete Betriebsparameter gespeichert sind. Die
Sensoranordnung weist eine elektronische Auswerteeinheit zur Auswertung von
Signalen der Sensorvorrichtung auf. Die Sensorvorrichtung ist mit
der Auswerteeinheit elektronisch durch eine Steckverbinderanordnung
verbunden. Die Speichervorrichtung ist auf der dem Sensorelement zugewandten
Seite der Steckerverbinderanordnung angeordnet.
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Die
Steckverbinderanordnung kann einen Stecker umfassen, der mit der
Sensorvorrichtung elektrisch verbunden ist. Die Steckverbinderanordnung
kann weiterhin eine Steckerkupplung umfassen, die mit der Auswerteeinheit
elektrisch verbunden ist. Dadurch können die Sensorvorrichtung
und die Auswerteeinheit jeweils getrennt voneinander montiert und
ausgetauscht werden.
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Der
Stecker kann mit der Sensorvorrichtung durch eine elektrische Leitung
verbunden sein. Die Steckerkupplung kann mit der Auswerteeinheit
durch eine weitere elektrische Leitung verbunden sein. Die Speichervorrichtung
ist in diesem Ausführungsbeispiel
mit der elektrischen Leitung elektrisch verbunden, die die Sensorvorrichtung
und den Stecker elektrisch verbindet. Dadurch können die Sensorvorrichtung
und die Auswerteeinheit leichter getrennt voneinander montiert und
ausgetauscht werden und sind flexibel einsatzfähig.
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Die
Speichervorrichtung kann einen nichtflüchtigen Halbleiterspeicher
aufweisen, beispielsweise einen elektrisch löschbaren, programmierbaren
Nur-Lese-Speicher. In einem solchen Speicher kann eine Vielzahl
von Betriebsparametern relativ einfach gespeichert werden.
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In
einer Ausführungsform
verarbeitet die Auswerteeinheit von dem Sensorelement empfangene
Signale abhängig
von den gespeicherten Betriebsparametern. Die Betriebsparameter
können
als digitale Daten, die Betriebsparameter repräsentieren, gespeichert sein
und in Form logischer Signale von der Speichervorrichtung zu der
Auswerteeinheit übertragbar
sein. Die Betriebsparameter können
Kalibrierungsparameter zur Kalibrierung der Sensoranordnung umfassen.
So kann die Auswerteein heit von dem Sensorelement empfangene Daten
abhängig von
relativ vielen gespeicherten Betriebsparametern verarbeiten.
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Die
chemische Verbindung der Gaskomponente kann Wasserstoff enthalten.
Die chemische Verbindung kann weiterhin Sauerstoff enthalten. Die Sensorvorrichtung
und die Auswerteeinheit können in
betriebsfertiger Montage beabstandet zueinander angeordnet sein
und die Speichervorrichtung kann benachbart zu dem Stecker angeordnet
sein. Die Auswerteeinheit kann Teil einer Motorsteuerung eines Kraftfahrzeugs
sein. Die Speichervorrichtung kann auch innerhalb eines Steckergehäuses des Steckers
angeordnet sein. Dies ermöglicht
einen relativ Platz sparenden Einbau der Sensoranordnung und eine
relativ genaue Steuerung der Brennkraftmaschine und/oder des Abgasnachbehandlungssystems
des Kraftfahrzeugs.
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Weitere
Merkmale, Vorteil und Weiterbildungen ergeben sich aus den nachfolgenden
in Verbindung mit den 1 bis 3 erläuterten
Beispielen. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Sensorvorrichtung,
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2 eine
schematische Darstellung einer Sensoranordnung gemäß einer
Ausführungsform,
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3 eine
schematische Darstellung einer Sensoranordnung gemäß einer
weiteren Ausführungsform.
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1 zeigt
eine Sensorvorrichtung 100, ein Sensorelement 101 und
eine Speichervorrichtung 102. Die Sensorvorrichtung 100 umfasst
das Sensorelement 101 und die Speichervorrichtung 102.
Die Sensorvorrichtung ist in betriebsfertiger Montage in Sensoranordnungen
angeordnet, wie in 2 und 3 gezeigt.
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Das
Sensorelement 101 ist eingerichtet, die Konzentration von
Gaskomponenten eines Gasgemisches zu messen. Das Gasgemisch umfasst
beispielsweise Ammoniak oder Stickoxid. Das Sensorelement kann einen
NOx-Sensor umfassen, beispielsweise einen
NO-Sensor oder einen NO2-Sensor. In einer
weiteren Ausführungsform
umfasst das Sensorelement einen Sauerstoffsensor. Das Sensorelement
kann auch ein Wasserstoffsensor sein. Der Sensor kann ein Gassensor
für wasserstoffhaltige Gase
sein, die zu gasförmigen
Oxiden oxidiert werden können.
Das Sensorelement kann eingerichtet sein, die Konzentration von
Schwefelwasserstoffen oder Kohlewasserstoffen zu messen.
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Durch
das Sensorelement können
in einer Ausführungsform
nicht wasserstoffhaltige Gase gemessen werden, die durch Hinzufügen einer
weiteren freien Gaskomponente oxidierbar sind, wobei das oxidierte
Gas durch Reduktion dissoziierbar ist. Das Sensorelement kann mehrere
Sensoren umfassen, die die jeweiligen Konzentrationen unterschiedlicher Gaskomponenten
messen. Beispielsweise umfasst das Sensorelement einen Ammoniaksensor
und einen Sauerstoffsensor.
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Die
Speichervorrichtung 102 umfasst einen nicht flüchtigen
Halbleiterspeicher. Der Halbleiterspeicher kann ein elektrisch löschbarer,
programmierbarer Nur-Lese-Speicher (EEPROM) sein, es kann aber auch
ein anderer geeigneter Halbleiterspeicher verwendet werden, beispielsweise
ein löschbarer,
programmierbarer Nur-Lese-Speicher (EPROM) oder ein Flash-Speicher.
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In
der Speichervorrichtung sind digitale Daten gespeichert, die Betriebsparameter
repräsentieren.
Die Betriebsparameter sind dem Sensorelement 101 individuell
zugeordnet.
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Die
Betriebsparameter umfassen Kalibrierparameter des Sensorelements.
Beispielsweise sind in der Speichervorrichtung Daten gespeichert,
die eine Offset-Spannung des Sensorelements repräsentieren, die die Steigung
einer Ausgleichsgerade repräsentieren,
die einen Widerstand des Sensorelements, beispielsweise einen Heizwiderstand,
repräsentieren,
oder weite re Informationen, die zum bestimmungsgemäßen Betrieb
des Sensorelements 101 benötigt werden. Wenn das Sensorelement
zwei oder mehr Sensoren umfasst, die die jeweiligen Konzentrationen
unterschiedlicher Gaskomponenten messen, sind entsprechende Betriebsparameter
der zwei oder mehr Sensoren in der Speichervorrichtung gespeichert.
Durch die Speicherung der Betriebsparameter in Form digitaler Daten
können
relativ einfach, effektiv und Platz sparend die Betriebsparameter
einer Mehrzahl von Sensoren gespeichert werden.
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2 zeigt
eine Sensorvorrichtung 200, ein Sensorelement 201,
eine Speichervorrichtung 202, einen Stecker 203,
eine Steckerkupplung 204, eine Auswerteeinheit 205,
eine erste elektrische Leitung 206, eine zweite elektrische
Leitung 207, eine Steckverbinderanordnung 208,
eine Motorsteuerung 209 sowie einen nicht flüchtigen
Halbleiterspeicher 212.
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Die
Sensorvorrichtung 200 umfasst das Sensorelement 201 und
die Speichervorrichtung 202, die den nicht flüchtigen
Halbleiterspeicher 212 aufweist. Die Sensorvorrichtung
ist über
die Leitung 206 mit dem Stecker 203 elektrisch
verbunden.
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Der
Stecker 203 ist Teil der Steckverbinderanordnung 208.
Der Stecker 203 ist mit der Steckerkupplung 204 gekoppelt.
Die Steckerkupplung 204 ist eingerichtet, den Stecker 203 aufzunehmen
und eine mechanische sowie elektrische Verbindung zwischen Stecker
und Steckerkupplung zu ermöglichen.
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Über die
Steckerkupplung 204 und die Leitung 207 ist die
Auswerteeinheit 205 elektrisch mit dem Stecker 203 verbunden.
Die Auswerteeinheit 205 ist über die Leitung 207,
die Steckverbinderanordnung 208 und die Leitung 206 mit
der Sensorvorrichtung 200 elektrisch verbunden. Die Auswerteeinheit
kann zwei oder mehr Steckerkupplungen umfassen, um über zwei
oder mehr Steckverbinderanordnungen mit zwei oder mehr Sensorvorrichtungen elektrisch
verbindbar zu sein. In einer Ausführungsform ist die Auswerteeinheit 205 Teil
der Motorsteuerung 209. Die Motorsteuerung steuert beispielsweise eine
Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Sie kann auch ein Abgasnachbehandlungssystem
eines Kraftfahrzeugs steuern.
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Die
Auswerteeinheit kann Signale empfangen, die beispielsweise von der
Sensorvorrichtung gesendet werden. Die Signale können Messdaten des Sensorelements 201 umfassen.
Die Signale umfassen auch Betriebsparameter, die dem Sensorelement 201 zugeordnet
sind. Die Betriebsparameter werden von der Auswerteeinheit aus der
Speichervorrichtung 202 ausgelesen. Die Betriebsparameter können in
Form logischer Signale an der Auswerteeinheit eintreffen.
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Die
Auswerteeinheit liest aus der Speichervorrichtung digitale Daten
aus, die beispielsweise Kalibrierungsparameter des Sensorelements
beziehungsweise der Sensoranordnung repräsentieren. Die Auswerteeinheit
kann die Messdaten des Sensorelements 201 in Abhängigkeit
der Betriebsparameter beziehungsweise Kalibrierungsparameter bearbeiten
und auswerten. Beispielsweise kann ein Aufheizen des Sensorelements
auf eine bestimmte Temperatur in Abhängigkeit der Kalibrierungsparameter erfolgen.
Die Messdaten des Sensorelements können durch die Auswerteeinheit
in Abhängigkeit
der Kalibrierungsparameter korrigiert werden, beispielsweise können Abweichungen
von einem tatsächlichen
Wert, die aus einer Offset-Spannung resultieren, berichtigt werden.
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Das
Sensorelement 201 kann eingerichtet sein, die Konzentration
verschiedener Gaskomponenten eines Gasgemisches zu messen. Das Sensorelement 201 kann
beispielsweise eine Lambdasonde und/oder einen Stickoxidsensor umfassen.
Das Sensorelement 201 kann weiterhin einen Ammoniaksensor
umfassen. Das Sensorelement 201 kann die Konzentration
mindestens eines Gases messen, dessen chemische Verbindung O (Sauerstoff)
enthält.
In einer weiteren Ausführungsform
kann das Sensorelement die Konzentration mindestens eines weiteren
Gases messen, dessen chemische Verbindung H (Wasserstoff) enthält.
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Die
Sensorvorrichtung 200, die das Sensorelement 201 und
die Speichervorrichtung 202 aufweist, wird durch die elektrische
Leitung 206 mit dem Stecker 203 elektrisch verbunden.
Die Auswerteeinheit 205 wird über die Leitung 207 mit
der Steckerkupplung 204 elektrisch verbunden. Zur Inbetriebnahme
werden die Stecker 203 und die Steckerkupplung 204 gekoppelt,
so dass eine elektrische Verbindung zwischen der Leitung 206 und 207 hergestellt wird.
Es wird eine elektrische Verbindung zwischen der Speichervorrichtung,
dem Sensorelement und der Auswerteeinheit hergestellt.
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Da
in der Speichervorrichtung 202 dem Sensorelement 201 individuell
zugeordnete Betriebsparameter gespeichert sind, ist die Auswerteeinheit 205 austauschbar.
Da die Auswerteeinheit 205 zum Auswerten der Daten des
Sensorelements 201 die Betriebsdaten aus der Speichervorrichtung 202 ausliest,
ist die Sensorvorrichtung austauschbar. Ist beispielsweise die Sensorvorrichtung
oder die Auswerteeinheit defekt muss jeweils nur das defekte Element
ausgetauscht werden. Das nicht defekte Element kann weiter verwendet
werden. Treten beispielsweise in der Produktion fehlerhafte Sensorelemente
auf, werden diese ersetzt, ohne die Auswerteeinheit austauschen
zu müssen.
Das ausgetauschte Element wird über
die Steckverbinderanordnung 208 mit dem nicht ausgetauschten
Element verbunden. Die Auswerteeinheit 205 liest bei jedem
Bebtriebsstart die Betriebsparameter beziehungsweise die digitalen
Daten, die die Betriebsparameter repräsentieren, aus der Speichervorrichtung 202 aus.
So ist immer eine korrekte Bearbeitung der Messdaten des Sensorelements 201 gegeben.
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Es
können
unterschiedliche Typen von Sensorelementen 201, beispielsweise
verschiedene Ausführungsformen
von Stickoxidsensoren, mit der Auswerteeinheit 205 gekoppelt
werden, da das Sensorelement abhängig
von seinen individuellen Betriebsparametern betrieben wird. Der
Aufbau oder die Funktionsweise eines Elements kann verändert werden,
ohne den Aufbau oder die Funktionsweise eines weiteren Elements
verändern
zu müs sen.
Soll beispielsweise ein anderes Sensorelement verwendet werden als
ursprünglich
beabsichtigt, kann die ursprüngliche
Auswerteeinheit beibehalten werden, da diese die Betriebsparameter
des anderen Sensorelements aus der Speichervorrichtung ausliest
und das andere Sensorelement in Abhängigkeit dieser Betriebsparameter
betreibt.
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3 zeigt
ein Kraftfahrzeug 300, ein Sensorelement 301,
eine Speichervorrichtung 302, einen Stecker 303,
eine Steckerkupplung 304, eine Auswerteeinheit 305,
eine elektrische Leitung 306, eine weitere elektrische
Leitung 307, ein Abgasrohr 308 und eine Gaskomponente 309 sowie
eine weitere Gaskomponente 310.
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Das
Sensorelement 301 ist eingerichtet, die Gaskomponenten 309 beziehungsweise 310 zu
messen. Die Gaskomponenten 309 und 310 sind Komponenten
eines Gasgemisches. Das Gasgemisch kann weitere Komponenten umfassen
und die weiteren Komponenten sind in einer Ausführungsform von dem Sensorelement 301 messbar.
Beispielsweise umfasst die chemische Verbindung der Gaskomponente 309 das
Element O. Die chemische Verbindung der Gaskomponente 310 umfasst
beispielsweise das Element H. Das Gasgemisch wird in dem Abgasrohr 308 geführt. Beispielsweise
ist das Gasgemisch Abgas einer Brennkraftmaschine.
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Das
Sensorelement 301 ist über
die elektrische Leitung 306 elektrisch mit dem Stecker 303 verbunden. Über die
Leitung 306 können
Messdaten des Sensorelements 301 übertragen werden, beispielsweise
in Form elektrischer Spannungen. Über die elektrische Leitung 306 sind
zudem digitale Daten, die in der Speichervorrichtung 302 gespeichert sind, übertragbar.
Die Steckerkupplung 304 ist in einer Ausführungsform
als Steckerbuchse ausgebildet und ohne die Leitung 307 mit
der Auswerteeinheit 305 gekoppelt.
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Die
Daten, die in der Speichervorrichtung 302 gespeichert sind,
repräsentieren
Betriebsparameter, beispielsweise Kalib rierungsparameter, die dem
Sensorelement 301 zugeordnet sind. Sie umfassen beispielsweise
Kalibrierungsparameter, die der Messung der Gaskomponente 309 zugeordnet
sind. Sie umfassen weiterhin Kalibrierungsparameter, die der Messung
der Gaskomponente 310 zugeordnet sind. Sie können weitere
Parameter enthalten, die für einen
korrekten Betrieb des Sensorelements nötig sind, beispielsweise die
jeweiligen Größen eines elektrischen
oder thermischen Widerstands des Sensorelements.
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Das
Sensorelement und die Speichervorrichtung sind über den Stecker 303 und
die Steckerkupplung 304 elektrisch mit der Auswerteeinheit 305 verbunden.
Da die Speichervorrichtung 302 auf der dem Sensorelement
zugewandten Seite der Steckverbinderanordnung angeordnet ist, kann
die Auswerteeinheit 305 einfach ausgetauscht werden.
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Die
Speichervorrichtung 302 kann innerhalb eines Steckergehäuses des
Steckers 303 angeordnet sein. Der Stecker 303 und
die Speichervorrichtung 302 bilden in dieser Ausführungsform
eine einzige Baueinheit. Die Speichervorrichtung ist von dem Steckergehäuse des
Steckers 303 umgeben und die elektrische Kopplung der Speichervorrichtung
mit der Leitung 306 ist innerhalb des Gehäuses angeordnet. Die
erforderlichen Daten, um das Sensorelement 301 betreiben
zu können,
sind in der Speichervorrichtung 302 gespeichert.
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Wird
die Auswerteeinheit 305 ausgetauscht, bleibt die Speichervorrichtung 302 zusammen
mit dem Sensorelement 301 im Kraftfahrzeug 300.
Eine neue Auswerteeinheit kann die Betriebsparameter des Sensorelements 301 aus
der Speichervorrichtung 302 auslesen und das Sensorelement
somit abhängig
von seinen individuellen Betriebsparametern betreiben.
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Das
Abgasrohr 308 ist das Abgasrohr der Brennkraftmaschine
des Kraftfahrzeugs 300. Das Gasgemisch, das in dem Abgasrohr 308 geführt wird, ist
das Abgas der Brennkraftmaschine. Das Sensorelement 301 ist
eingerichtet, die Konzentrationen ver schiedener Schadstoffe des
Abgases zu messen. Die Auswerteeinheit wertet die Signale des Sensorelements
aus und kann die Brennkraftmaschine abhängig von den Messergebnissen
steuern, um beispielsweise die Konzentration eines oder mehrerer Schadstoffe
zu senken. Die Auswerteeinheit kann ein Abgasnachbehandlungssystem
abhängig
von den Messergebnissen steuern, um die Konzentration eines oder
mehrerer Schadstoffe im Abgas zu senken. Die Auswerteeinheit kann
das Abgasnachbehandlungssystem und die Brennkraftmaschine sowie
weitere Systeme steuern, um die Konzentration eines oder mehrerer
Schadstoffe im Abgas zu beeinflussen.
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Das
Sensorelement 301 ist im Kraftfahrzeug 300 beabstandet
zu der Auswerteeinheit 305 angeordnet. Der Abstand beträgt in etwa
zwischen 0,5 m und 1,0 m. Der Abstand kann auch geringer als 0,5
m sein, beispielsweise 0,4 m, er kann auch größer als 1,0 m sein, beispielsweise
1,2 m. Die Speichervorrichtung kann zwischen dem Stecker 303 und
der Speichervorrichtung beabstandet zum Sensorelement 301 angeordnet
sein.
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- 100
- Sensorvorrichtung
- 101
- Sensorelement
- 102
- Speichervorrichtung
- 200
- Sensorvorrichtung
- 201
- Sensorelement
- 202
- Speichervorrichtung
- 203
- Stecker
- 204
- Steckerkupplung
- 205
- Auswerteeinheit
- 206
- elektrische
Leitung I
- 207
- elektrische
Leitung II
- 208
- Steckverbinderanordnung
- 209
- Motorsteuerung
- 212
- nicht-flüchtiger
Halbleiterspeicher
- 300
- Kraftfahrzeug
- 301
- Sensorelement
- 302
- Speichervorrichtung
- 303
- Stecker
- 304
- Steckerkupplung
- 305
- Auswerteeinheit
- 306
- elektrische
Leitung I
- 307
- elektrische
Leitung II
- 308
- Abgasrohr
- 309
- Gaskomponente
- 310
- Gaskomponente
II