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Die Erfindung betrifft einen Ultraschallsensor mit einer Membran und einem in der Membran angeordneten Wandlerelement, sowie einen Deckel durch welchen ein Membrangehäuse rückseitig abgedeckt ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Fahrzeug mit einem derartigen Ultraschallsensor.
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Die Verwendung von Ultraschallsensoren für Fahrerassistenzeinrichtungen von Fahrzeugen ist umfänglich bekannt. Derartige Sensoren sind beispielsweise an Stoßfängern des Fahrzeugs angeordnet und zur Detektion der Umgebung des Fahrzeugs ausgebildet. Die durch die Ultraschallsensoren detektierten Informationen können beispielsweise einer Fahrerassistenzeinrichtung, wie einem Parkassistenzsystem, bereitgestellt werden.
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Ein derartiger Ultraschallsensor ist beispielsweise aus der
DE 10 2006 011 155 A1 bekannt. Das dortige topfförmige Membrangehäuse ist rückseitig durch einen dicken Deckel zum Verschluss des Gehäuses an dem Gehäuse angeklebt. Auch eine Verbindung durch Klipse kann vorgesehen sein. An dem Deckel kann darüber hinaus ein Dämpfungselement zur Schwingungsdämpfung angebracht sein. Der Deckel ist aus Kunststoff ausgebildet.
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Darüber hinaus ist ein Ultraschallsensor bekannt, wie er beispielsweise in 1 und 2 gezeigt ist. In 1 ist der Ultraschallsensor 1 in einer Betrachtung von hinten gezeigt. Der Sensor 1 umfasst ein Gehäuse 2, welches topfförmig ausgebildet ist und die Membran bildet. An der Rückseite ist der Sensor 1 verschlossen, wobei dazu ein Verguss 3 ausgebildet ist.
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In 2 ist in einer Seitendarstellung, die teilweise geschnitten ist, der Ultraschallsensor 1 gemäß 1 gezeigt. Die Vergussmasse 3 ist zu erkennen, wobei diese bis zu einem Schaltungsträger 4, der sich in dem Hohlraum befindet, ausgebildet ist. Eine derartige Vergießung an der Rückseite des Gehäuses 2 ist aufgrund der Schallabstrahlung nach hinten und den Umweltanforderungen im Stoßfängerbereich erforderlich. Darüber hinaus soll auch die Elektronik gegen Feuchtigkeit und Korrosion geschützt werden. Darüber hinaus ist eine rückseitige Fläche dieses Vergussmaterials 3 nur sehr klein und im Hinblick auf eine mögliche Beschriftung daher nur sehr unzureichend verwendbar. Darüber hinaus ist diese Beschriftung bei neueren Konstruktionen auch über mehrere Werkstoffe unterschiedliche Farbe aufzubringen, was sehr aufwändig ist.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Ultraschallsensor sowie ein Fahrzeug mit einem derartigen Ultraschallsensor zu schaffen, welcher bzw. welches im Hinblick auf den rückseitigen Verschluss des Gehäuses verbessert aufgebaut ist.
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Diese Aufgabe wird durch einen Ultraschallsensor, welcher die Merkmale nach Anspruch 1 aufweist, und ein Fahrzeug, welches die Merkmale nach Anspruch 15 aufweist, gelöst.
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Ein erfindungsgemäßer Ultraschallsensor umfasst eine topfförmige Membran mit einem entsprechenden Membrangehäuse. In der Membran ist ein Wandlerelement angeordnet. Darüber hinaus ist ein Deckel vorgesehen, durch welchen die Membran und somit auch das Gehäuse rückseitig abgedeckt ist. Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, dass der Deckel eine Folie ist. Eine derartige Ausgestaltung ermöglicht einen fertigungstechnisch schneller und aufwandsärmer aufgebauten Ultraschallsensor. Darüber hinaus ist gerade diese rückseitige Abdeckung variabler und flexibler ausgestaltbar und verwendbar. Ein dickes Vergussmaterial, welches darüber hinaus auch noch ausgehärtet werden muss, wie zu
1 und
2 erläutert wurde, ist daher nicht mehr erforderlich. Darüber hinaus kann durch die Ausgestaltung mit einer Folie auch ein variableres und flexibleres Abdeckkonzept im Vergleich zum Stand der Technik gemäß
DE 10 2006 011 155 A1 erreicht werden. Die dort komplexe und aufwändige Ausgestaltung des Deckels, die aufgrund der Durchführungen und sonstigen Aufbaukonzepte sehr dick ausgestaltet wird, ist gemäß der Erfindung nicht erforderlich. Darüber hinaus kann durch die Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ultraschallsensors auch die für die Beschriftung bereitgestellte Fläche deutlich vergrößert werden und die Beschriftung kann aufwandsärmer erfolgen.
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Vorzugsweise ist die Folie an die topfförmige Membran angeschweißt, insbesondere durch ein Laserschweißen oder ein Ultraschallschweißen. Dies ermöglicht eine besonders mechanisch stabile Verbindung und darüber hinaus auch ein sehr präzises und positionsgenaues Befestigen.
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Vorzugsweise ist die Folie an der Innenseite eines Hohlkörpers der Membran befestigt, insbesondere angeschweißt. Dadurch kann ein sehr bauraumsparendes Konzept realisiert werden, welches darüber hinaus auch eine örtlich ganz spezifische Befestigung gewährleistet, die stabil und vor mechanischen Verschleiß geschützt angeordnet ist.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Folie an den Außenrändern einen in axialer Richtung gebogenen Bereich aufweist, dessen Außenseite mit der Innenseite des Hohlkörpers verbunden ist. Die oben genannten Vorteile können dadurch nochmals verbessert werden.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass diese gebogenen Bereiche axial und nach außen orientiert sind und im zusammengebauten Zustand des Sensors die Seitenränder bündig mit endseitigen Seitenrändern des Hohlkörpers angeordnet sind. Eine derartig quasi versenkte Anordnung der Folie im Innenraum des Hohlkörpers ergibt weitere Verbesserungen im Hinblick auf Bauraum, mechanisch stabile Befestigung und großflächige Verwendung zur Beschriftung der Folie.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Folie dünner ist als die Wanddicke eines an die Folie angrenzenden Hohlkörpers der topfförmigen Membran. Dadurch kann eine Materialeinsparung erzielt werden und Gewichtsreduzierung des Ultraschallsensors ermöglicht werden. Darüber hinaus ist durch die Folie dennoch ausreichende Stabilität im Hinblick auf eine geeignete rückseitige Abdeckung des Gehäuses gewährleistet.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Folie aus Kunststoff ausgebildet ist.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass auf einer Innenseite der Folie ein metallisches Material angeordnet ist. Dadurch kann eine weitere Funktionalität der Folie generiert werden, da sie zusätzlich gleich auch als elektromagnetische Abschirmvorrichtung eingesetzt werden kann.
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Es kann vorgesehen sein, dass das metallische Material als Beschichtung aufgebracht ist oder eine metallische Folie, insbesondere eine Kupferfolie vorgesehen ist, die auf die den Deckel darstellende Folie aufgeklebt ist.
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Die Beschichtung kann ebenfalls ein Kupfermaterial sein.
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In einer weiteren alternativen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Folie als metallisches Bauteil ausgebildet ist, welches vorzugsweise ein tiefgezogenes Bauteil ist. Bei einer derartigen Ausgestaltung ist somit bereits das Grundmaterial der den Deckel darstellenden Folie aus Metall konzipiert und es ist daher keine weitere metallische Beschichtung oder eine zusätzliche weitere metallische Folie mehr erforderlich. Durch einen Tiefziehprozess kann das Bauteil auch relativ einfach und dennoch formpräzise hergestellt werden. Darüber hinaus erreicht es eine besonders hohe Stabilität.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die mit einem metallischen Bereich ausgebildete Folie mit einem Massekontakt eines Schaltungsträgers, der in der topfförmigen Membran angeordnet ist, elektrisch verbunden ist. Dadurch kann eine besonders vorteilhafte und dennoch hochfunktionelle Ausgestaltung einer Abschirmvorrichtung konzipiert werden. Ein heute bei Ultraschallsensoren verwendetes übliches Abschirmblech ist dadurch nicht mehr erforderlich. Dadurch wird sowohl der Montageaufwand reduziert als auch die Bauteilanzahl reduziert.
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Vorzugsweise ist an der Innenseite der Folie ein elektrisches Kontaktelement zur Verbindung mit dem Massekontakt ausgebildet. Insbesondere kann dieses elektrische Kontaktelement gewinkelt ausgebildet sein. Dadurch ist eine besonders einfache und dennoch sichere und dauerhafte elektrische Verbindung gewährleistet. In besonders einfacher und vorteilhafter Weise ist das elektrische Kontaktelement auf den Massekontakt aufgesteckt. Eine derartige Steckverbindung ist montagetechnisch sehr einfach realisierbar und dennoch ist eine hohe mechanische Belastbarkeit gegeben.
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Vorzugsweise ist auf der Innenseite der Folie ein Schwingungsdämpfungselement angeordnet. Insbesondere ist dieses daran angeklebt.
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Mit der Erfindung oder einer vorteilhaften Ausgestaltung davon wird somit erreicht, dass der Teil der Folie, der für die Dichtheit erforderlich ist, von der Rückseite her auf den Ultraschallsensor vorzugsweise mittels Ultraschall- oder Laserstrahlschweißen dicht aufgeschweißt ist.
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Die Folie ist in der Dicke vorzugsweise so zu wählen, dass sie den Anforderungen der Einbausituation gerecht wird. Das gleiche gilt mit der Dicke der bei einer optionalen Ausführungsform vorgesehenen metallischen Folie, nämlich einer elektromagnetischen Abschirmfolie, um den geforderten elektromagnetischen Abschirmschutz zu erreichen.
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Die Beschriftung des Ultraschallsensors ist auf dieser als Abdeckung dienenden Folie insbesondere durch einen Laser problemlos möglich. Es steht durch eine derartige Ausgestaltung einer Folie als Abdeckung eine viel größere Fläche zum Beschriften zur Verfügung.
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Die Folie kann für unterschiedliche Ultraschallsensortypen unterschiedliche Farben aufweisen, wodurch eine leicht nachvollziehbare Typenkategorisierung möglich ist.
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Vorzugsweise ist ein Schwingungsdämpfungselement vorgesehen, welches vorzugsweise auf der Innenseite der Folie angeordnet ist, und insbesondere ein Filzmaterial ist.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen als auch die in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen und/oder alleine in der Figurenbeschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen, sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Rückansicht eines aus dem Stand der Technik bekannten Ultraschallensors;
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2 eine Seitenansicht mit teilweise geschnittener Darstellung des Ultraschallsenors gemäß 1;
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3 eine schematische Rückansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Ultraschallsensors;
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4 eine teilweise geschnittene Darstellung einer Seitenansicht des Ultraschallsensors gemäß 3;
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5 eine schematische Rückansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Ultraschallsensors;
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6 eine teilweise geschnittene Darstellung einer Seitenansicht des Ultraschallsensors gemäß 5:
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7 eine Rückansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Ultraschallsensors;
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8 eine teilweise geschnittene Darstellung einer Seitenansicht des Ultraschallsensors gemäß 7;
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9 eine schematische Rückansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Ultraschallsensors, und
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10 eine teilweise geschnittene Darstellung einer Seitenansicht des Ultraschallsensors gemäß 9.
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In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 3 ist in einer schematischen Rückansicht ein Ultraschallsensor 1 gezeigt, welcher an einem Kraftfahrzeug angeordnet ist. Der Ultraschallsensor 1 ist beispielsweise an einem Stoßfänger des Fahrzeugs angeordnet und zur Detektion der Umgebung des Fahrzeugs ausgebildet und auch entsprechend angeordnet.
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Der Ultraschallsensor 1 umfasst eine topfförmige Membran 2 bzw. ein entsprechendes Membrangehäuse. Dies kann beispielsweise einstückig ausgebildet sein und aus einem metallischen Material, beispielsweise Aluminium, ausgebildet sein.
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In einem Hohlraum 5, der durch die topfförmige Membran 2 gebildet ist, ist ein nicht dargestelltes Wandlerelement, beispielsweise ein Piezoelement angeordnet. Dies ist insbesondere an einer Innenseite eines Bodens des Gehäuses bzw. der topfförmigen Membran 2 angebracht, beispielsweise angeklebt.
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Die Membran 2 umfasst einen Hohlkörper 6 mit einer Innenseite 7. Der Hohlkörper 6 weist darüber hinaus eine rückseitige Begrenzung in Form des Seitenrands 8 auf.
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Zur rückseitigen Abdeckung des Ultraschallsensors 1 ist in dem Hohlkörper 6 eine Folie 9 ausgebildet. Die Folie 9 ist mit nach vorne gebogenen Bereichen 10, die sich axial zur Achse A, welche senkrecht zur Figurenebene verläuft, an der Innenseite 7 befestigt. Dazu sind durch Außenränder 11 der Folie 9 die entsprechenden nach vorne gebogenen Bereiche 10 gebildet, wobei diese gebogenen Bereiche 10 mit den Außenseiten 12 an der Innenseite 7 angeschweißt sind.
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In 4 ist in einer Seitenansicht mit einem Teilschnitt der Ultraschallsensor 1 gezeigt. Wie zu erkennen ist, weist die Folie 9 eine Dicke d1 auf, welche kleiner als eine Dicke d2 der Wand des Hohlkörpers 6 ist. Darüber hinaus ist die Folie 9 so an der Rückseite angeordnet, dass sich die gebogenen Bereiche 10 in axialer Richtung nach hinten erstrecken, so dass die Folie 9 quasi etwas versenkt in dem Hohlraum 5 eingebracht ist. Darüber hinaus ist die Befestigung der Folie 9 an der Innenseite 7 des Hohlkörpers 6 so durchgeführt, dass Seitenränder 13 bündig mit den Seitenrändern 8 angeordnet sind.
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Darüber hinaus ist ein Schaltungsträger 14, der in dem Hohlraum 5 angeordnet ist, gezeigt.
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In 5 ist in einer Rückansicht ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Ultraschallsensors 1 gezeigt. Im Unterschied zur Ausgestaltung gemäß 3 und 4 ist hier vorgesehen, dass die Folie 9 nicht an einer Innenseite 7 des Hohlkörpers 6 befestigt ist, sondern an der rückseitigen Stirnfläche bzw. den Seitenrändern 8 des Hohlkörpers 6 angebracht ist. Dazu ist eine Innenseite 15 der Folie 9 mit den Seitenrändern 8 verschweißt.
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In 6 ist dazu die Seitenansicht in Teilschnitt gezeigt.
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In 7 ist in einer schematischen Rückansicht ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Ultraschallsensors 1 gezeigt. Dieser Ultraschallsensor 1 ist grundsätzlich derart aufgebaut, wie in dem Ausführungsbeispiel zu 3 und 4 erläutert.
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Die Folie 9 ist aus Kunststoff ausgebildet und auf ihrer Innenseite 15 mit einem metallischen Material versehen. Das metallische Material kann beispielsweise eine Beschichtung sein und ist vorzugsweise eine Klebefolie 16, die beispielsweise eine Kupferfolie sein kann. Darüber hinaus ist ein elektrisches Kontaktelement 17 vorgesehen, welches mit der metallischen Klebefolie 16 elektrisch kontaktiert ist. Im Ausführungsbeispiel ist die Ausgestaltung des elektrischen Kontaktelements 17 in der Schnittdarstellung gemäß 8 gewinkelt ausgeführt. Dieses elektrische Kontaktelement 17 kann aus metallischem Material sein oder ein Kunststoffträger sein, der außenseitig metallisch beschichtet ist. Das elektrische Kontaktelement 17 ist darüber hinaus mit einem Massekontakt 18 des Schaltungsträgers 14 elektrisch verbunden. Insbesondere ist dabei das elektrische Kontaktelement 17 auf den Massekontakt 18 aufgesteckt. Es kann hier zur Ausgestaltung eine Schneit-Klemm-Technik vorgesehen sein.
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Durch die spezifische Formgebung des elektrischen Kontaktelements 17 kann auch zugleich ein mechanisch stabiles Distanzelement zwischen der Folie 15 mit der metallischen Folie 16 und der Leiterplatte bzw. dem Schaltungsträger 14 geschaffen werden. Wie zu erkennen ist, liegt das elektrische Kontaktelement 17 auch großflächig an einer Seite des Schaltungsträgers 14 an.
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In 9 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Ultraschallsensors 1 mit schematischer rückseitiger Betrachtung dargestellt.
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Auch hier ist die Grundausgestaltung des Ultraschallsensors 1 analog zur Ausführung in 3 und 4 im Hinblick auf die Anbringung der Folie 9 und deren Positionierung.
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Zusätzlich ist hier vorgesehen, dass auf der Innenseite 15 der Folie 9 ein Schwingungsdämpfungselement 19 befestigt ist, insbesondere angeklebt ist. Das Schwingungsdämpfungselement 19 kann beispielsweise ein Filzmaterial sein.
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Im Hinblick auf die einzelnen Ausgestaltungen der Ausführungsbeispiele kann dieses Schwingungsdämpfungselement 19 auch bei allen anderen Ausführungen vorgesehen sein. In diesem Zusammenhang kann auch eine Kombination mit der Anbringung der metallischen Folie 16 vorgesehen sein, wobei diesbezüglich beispielsweise die metallische Folie 16 und das Schwingungsdämpfungselement 19 an unterschiedlichen Stellen der Innenseite 15 aufgebracht sein können.
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Bei den hier vorgesehenen Ausführungen ist die Abdeckung bildende Folie 9 aus Kunststoff. Es kann auch vorgesehen sein, dass diese Folie 9 vollständig aus einem metallischen Material ausgebildet ist und als Tiefziehbauteil realisiert ist. Bei einer derartigen Ausgestaltung ist es dann nicht mehr erforderlich, dass zusätzlich eine metallische Folie 16 auf die Innenseite 15 aufgebracht wird. Im Hinblick auf die Erzeugung der elektromagnetischen Abschirmung kann dann direkt eine Verbindung mit dem Massekontakt 18 oder eine Verbindung der Innenseite 15 über ein elektrisches Kontaktelement 17 mit dem Massekontakt 18 realisiert sein. Auch hier kann dann an entsprechenden Stellen auf der Innenseite 15 ein Schwingungsdämpfungselement 19 angeordnet sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006011155 A1 [0003, 0008]
