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Die Erfindung betrifft eine Druckmesseinrichtung, insbesondere eine Druckmessglühkerze mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Stand der Technik
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Die Druckmesseinrichtungen des Standes der Technik weisen einen Druckaufnehmer und einen innerhalb eines Gehäuses angeordneten Drucksensor auf. Zur Erfassung des Brennraumdrucks wird der Druck des Brennraums über den Druckaufnehmer auf den Drucksensor übertragen. Die Signale des Drucksensors werden über Anschlussleitungen an eine externe Signalverarbeitungsanlage übertragen.
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Um der externen Signalverarbeitungsanlage ein weniger störanfälliges Signal bereitzustellen, ist aus
DE 10 2004 043 874 A1 bekannt, das Signal des Drucksensors bereits innerhalb einer Druckmessglühkerze mittels einer Signalverarbeitungseinheit zu verstärken. Dabei ist die Signalverarbeitungseinheit in den Drucksensor integriert.
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Aus
JP 2009 22 90 39 A1 ist weiterhin eine Druckmessglühkerze mit einem Glühkerzengehäuse, einem Glühstift, einem im Glühkerzengehäuse angeordneten Drucksensor und einer Steckerverbindung für die Signalleitungen des Drucksensors und für die Glühstromleitung bekannt. Innerhalb des Glühkerzengehäuses ist eine Signalverarbeitungseinheit auf einem flachen Träger zwischen Drucksensor und einem separaten Steckergehäuse für die Steckerverbindung angeordnet.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass durch die Verbindung eines Träger zur Aufnahme einer Signalverarbeitungseinheit bzw. eines Schaltkreises der Signalverarbeitungseinheit mit einem Steckergehäuse einer Steckerverbindung eine vormontierbare, einstückige Kontaktiereinheit geschaffen wird, welche als weiteres Modul den modularen Aufbau der Druckmesseinrichtung ergänzt und damit die Montagefreundlichkeit der Druckmesseinrichtung verbessert. In der einstückigen Kontaktiereinheit ist der Träger zur Aufnahme der Signalverarbeitungseinheit bzw. des Schaltkreises der Signalverarbeitungseinheit und das Steckergehäuse für die Steckerverbindung integriert. Durch entsteht eine kompakte Kontaktiereinheit, welche den Aufbau der Druckmesseinrichtung vereinfacht.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Maßnahmen der Unteransprüche möglich.
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Eine besonders kompakte Kontaktiereinheit, die in besonders einfacher Weise an die Gehäuseform der Druckmesseinrichtung angepasst ist, liegt vor, wenn der Träger in axialer Längserstreckung der Druckmesseinrichtung an das Steckergehäuse angeformt ist. Durch die Ausführung des Trägers in axialer Längserstreckung der Druckmesseinrichtung kann der Träger von einem rohrförmigen Elektronikmodulgehäuse umgeben werden, das sich zum Einsetzen in einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine eignet.
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Zum Positionieren der Signalverarbeitungseinheit bzw. des Schaltkreis der Signalverarbeitungseinheit innerhalb der Druckmesseinrichtung weist der Träger eine Aufnahme auf. Die Aufnahme wird dabei von einer in die Mantelfläche eines Zylinderabschnitts des Trägers eingebrachte Aussparung mit einer im Wesentlichen ebenen Bodenfläche gebildet, auf der die Signalverarbeitungseinheit bzw. der Schaltkreis der Signalverarbeitungseinheit positioniert ist. Bei einer weiteren Ausführungsform wird die Aufnahme von einer in die Aussparung zusätzlich eingebrachten Vertiefung gebildet, wobei die Signalverarbeitungseinheit bzw. der Schaltkreis der Signalverarbeitungseinheit auf einer in der Vertiefung ausgebildeten im Wesentlichen ebenen, weiteren Bodenfläche positioniert ist, so dass die Signalverarbeitungseinheit bzw. der Schaltkreis der Signalverarbeitungseinheit im Wesentlichen in die Vertiefung versenkbar ist. Zweckmäßig ist dabei, wenn die Bodenfläche der Aussparung oder die weitere Bodenfläche der Vertiefung etwa in der radialen Mitte des Trägers liegt, wodurch der Träger einerseits eine ausreichend große Fläche für die Aufnahme ausbildet und andererseits eine ausreichende Stabilität im Bereich der Aufnahme gewährleistet.
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Eine einfache Kontaktierung der Kontakte der Signalverarbeitungseinheit wird dadurch erzielt, wenn in der Aussparung eine erste Kontaktierfläche mit ersten freiliegenden schaltkreisseitigen Kontakten und eine zweite Kontaktierfläche mit zweiten freiliegenden schaltkreisseitigen Kontakten ausgebildet ist, mit denen die Signalverarbeitungseinheit bzw. der Schaltkreis der Signalverarbeitungseinheit elektrisch kontaktierbar ist.
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Weiterhin sind am Träger an einer sensorseitigen Stirnseite freiliegende Kontakte zur Kontaktierung des Elektronikmoduls mit dem Glühmodul angeordnet. Die kompakte Kontaktiereinheit aus Träger für die Signalverarbeitungseinheit und Steckergehäuse für die Steckerverbindung wird dadurch komplettiert, wenn in den Träger sensorseitige Anschlussleitungen und steckerseitige Anschlussleitungen integriert sind. Die sensorseitigen Anschlussleitungen verbinden die freiliegenden Kontakte und die ersten freiliegenden schaltkreisseitigen Kontakte. Die steckerseitigen Anschlussleitungen verbinden die zweiten freiliegenden schaltkreisseitigen Kontakte und die an der Steckerverbindung ausgebildeten Anschlusskontakte.
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Zweckmäßigerweise werden die an der sensorseitigen Stirnseite des Trägers vorhandenen Kontakte und/oder die ersten und zweiten freiliegende schaltkreisseitigen Kontakte von den in den Träger integrierten sensorseitigen und steckerseitigen Anschlussleitungen gebildet.
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Ausführungsbeispiele
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Druckmesseinrichtung in der Ausbildung einer Druckmessglühkerze,
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2 eine Schnittdarstellung einer Kontaktiereinheit der Druckmessglühkerze aus 1 gemäß einer ersten Ausführungsform und
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3 eine Schnittdarstellung einer Kontaktiereinheit der Druckmessglühkerze aus 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform.
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Die in 1 dargestellte Druckmessglühkerze vereint eine konventionelle Glühkerze zum Einsatz in selbstzündenden Brennkraftmaschinen mit einer zusätzlichen Druckmessfunktion einer Druckmesseinrichtung zur Erfassung eines Brennraumdrucks der Brennkraftmaschine.
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Die Druckmessglühkerze umfasst im Wesentlichen ein Glühmodul 11 und ein Elektronikmodul 13. Das Glühmodul 11 beinhaltet die eigentlichen Bauteile einer Glühkerze und eine Sensoreinheit 12 zur Druckmessung. Das Glühmodul 11 umfasst einen in ein Glühmodulgehäuse 20 eingesetzten Glühstift 21, wobei der Glühstift 21 aus dem Glühmodulgehäuse 20 hervorsteht und mit dem hervorstehenden Teil in den Brennraum der Brennkraftmaschine ragt und dadurch den Druckaufnehmer bildet. Der Glühstift 21 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein metallisches Glührohr, in dem eine Heizwendel 22 angeordnet ist, die mit dem Glührohr und mit einem Anschlussbolzen 23 kontaktiert ist. Zwischen Glührohr und Anschlussbolzen 23 ist ferner ein elektrisch isolierendes Dichtelement 24 angeordnet. Es ist aber auch möglich, den Glühstift 21 als keramisches Heizelement auszuführen.
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Die Sensoreinheit 12 ist innerhalb des Glühmodulgehäuses 20 untergebracht und weist beispielsweise einen piezoelektrischen Drucksensor 30, ein glührohrseitiges Druckstück 31 und ein fixierelementseitiges Druckstück 32 auf, wobei der Drucksensor 30 zwischen dem glührohrseitigen Druckstück 31 und dem fixierelementseitigen Druckstück 32 positioniert ist. Die Sensoreinheit 12 umfasst weiterhin ein hülsenförmiges Übertragungselement 33 und eine Fixierelement 34. Das hülsenförmige Übertragungselement 33 ist um die Öffnung herum fest mit dem Glühstift 21 verbunden und drückt mit einer Stirnfläche auf das Druckstück 31, so dass das Übertragungselement 33 den auf den Glühstift 21 wirkenden Druck im Brennraum auf den Drucksensor 30 überträgt. Das Fixierelement 34 ist zur Ausbildung eines festen Gegenlagers für den Drucksensor 30 am Glühmodulgehäuse 20 beispielsweise mittels einer umlaufenden ersten Schweißnaht 35 befestigt. Zur Ausführung einer axialen Bewegung infolge des auf den Glühstift 21 wirkenden Drucks ist der Glühstift 21 mittels einer biegeelastischen Membran 37 mit dem Glühmodulsgehäuse 20 beispielsweise mittels einer umlaufenden zweiten Schweißnaht 38 verbunden.
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Das Elektronikmodul 13 weist eine Kontaktiereinheit 40 auf, welche in 2 and 3 im Detail dargestellt ist. Die Kontaktiereinheit 40 umfasst einen Träger 41 und ein Steckergehäuse 50 mit einer elektrischen Steckerverbindung 52 zur Kontaktierung eines nicht dargestellten Anschlusssteckers. Die Steckerverbindung 52 weist weiterhin ringförmige Anschlusskontakte 54 und im Zentrum einen Hochstromkontakt 55 zur Kontaktierung des nicht dargestellten Anschlusssteckers auf.
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Der Träger 41 und das Steckergehäuse 50 sind einstückig aus einem elektrisch isolierenden Material, beispielweise aus einem Kunststoff ausgeführt, wobei der Träger 41 in einer axialen Längserstreckung an das Steckergehäuse 50 angeformt ist. Dadurch erstreckt sich die Kontaktiereinheit 40 in axialer Längserstreckung der Druckmesseinrichtung. Fertigungstechnisch zweckmäßig ist, wenn der Träger 41 und das Steckergehäuse 50 aus dem gleichen elektrisch isolierendem Material hergestellt sind und der Träger 41 integraler Bestand des Steckergehäuses 50 ist. Dadurch lassen sich Träger 41 und Steckergehäuse 50 als einstückiges Bauteil beispielsweise mittels Spritzgießen herstellen. Es ist aber auch denkbar, den Träger 41 an das Steckergehäuse 50 auf andere Weise anzuformen, damit eine einstückige, kompakte Kontaktiereinheit 40 entsteht.
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Der Träger 41 ist im Wesentlichen zylindrisch ausgeführt und weist einen ersten trägerseitigen Trägerabschnitt 42 auf. Auch das Steckergehäuse 50 ist im Wesentlichen zylindrisch ausgeführt und weist einen massiven steckerseitigen Trägerabschnitt 58 auf. Der Durchmesser des trägerseitigen Trägerabschnitts 42 des Trägers 41 ist geringer als der Durchmesser des steckerseitigen Trägerabschnitts 58 des Steckergehäuses 50, so dass die Kontaktiereinheit 40 insgesamt eine gestufte zylindrische Form aufweist.
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Am steckerseitigen Trägerabschnitt 58 ist ein schweißbarer, metallischer Haltering 47 angeordnet. Der trägerseitige Trägerabschnitt 42 weist eine sensorseitige Stirnseite 48 auf, aus der freiliegende sensorseitig Kontakte 63 zur Kontaktierung der Sensoreinheit 12 und ein freiliegender Hochstromkontakt 66 zur Kontaktierung des Anschlussbolzens 23 herausragen, wobei die Kontaktierung der Sensoreinheit 12 über eine elektrische Verbindung 25 und die Kontaktierung des Anschlussbolzens 23 über eine weitere elektrische Verbindung 26 erfolgt.
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In den Träger 41 sind sensorseitige Anschlussleitungen 61 und steckerseitige Anschlussleitungen 62 integriert. Die sensorseitigen Anschlussleitungen 61 führen mit einem Ende zu den freiliegenden sensorseitigen Kontakten 63 und mit dem anderen Ende zu ersten freiliegenden schaltkreisseitigen Kontakten 85. Die steckerseitigen Anschlussleitungen 62 führen an einem Ende von zweiten freiliegenden schaltkreisseitigen Kontakten 86 weiter durch das Steckergehäuse 50 hindurch zu den ringförmigen Anschlusskontakten 54 an der Steckerverbindung 52. Mit einem radialen Abstand von den sensorseitigen und steckerseitigen Anschlussleitungen 61, 62 versehen verläuft axial durch die Kontaktiereinheit 40 weiterhin eine Hochstromleitung 65, die sensorseitig zu dem an der Stirneseite 48 freiliegenden Hochstromkontakt 66 führt. Steckerseitig führt die Hochstromleitung 65 weiter durch das Steckergehäuse 50 hindurch zu dem Hochstromkontakt 55 an der Steckerverbindung 52. Die sensorseitige und steckerseitige Anschlussleitungen 61, 62 und/oder die Hochstromleitung 65 sind zweckmäßigerweise in den Träger 41 und in das Steckergehäuse 50 eingegossen. Zweckmäßigerweise werden die an der sensorseitigen Stirnseite 48 des Trägers 41 vorhandenen sensorseitigen Kontakte 63 und/oder die ersten und zweiten freiliegenden schaltkreisseitigen Kontakte 85, 86 von den in den Träger 41 integrierten sensorseitigen und steckerseitigen Anschlussleitungen 61, 62 gebildet. Dementsprechend kann der an der sensorseitigen Stirnseite 48 ebenfalls vorhandene Hochstromkontakt 66 von der in den Träger 41 integrierten Hochstromleitung 65 gebildet werden.
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Der Träger 41 ist weiterhin gemäß 1 von einem rohrförmigen Elektronikmodulgehäuse 70 umgeben. Das Elektronikmodulgehäuse 70 ist aus Fertigungsgründen beispielsweise aus einem ersten Gehäuseteil 71 und einem zweiten Gehäuseteil 72 zusammengesetzt. Beide Gehäuseteile 71 und 72 sind aus Festigkeitsgründen aus Metall ausgeführt, wobei das erste Gehäuseteil 71 ein Außengewinde 73 zum Einschrauben in einen Zylinderkopf der Brennkraftmaschine aufweist. Die beiden Gehäuseteile 71, 72 sind an einer ersten Verbindungsstelle 74 beispielsweise mittels einer nicht gezeigten umlaufenden Schweißnaht verschweißt. Das erste Gehäuseteil 71 weist eine zweite Verbindungsstelle 75 auf, mit dem das Elektronikmodulgehäuse 70 mit dem Glühmodulgehäuse 20 verbunden ist, beispielsweise mittels einer nicht gezeigten umlaufenden weiteren Schweißnaht. Das zweite Gehäuseteil 72 weist eine weitere Verbindungsstelle 76 auf, mit der das zweite Gehäuseteil 72 beispielsweise ebenfalls mittels einer nicht gezeigten, weiteren umlaufenden Schweißnaht am metallischen Haltering 47 verschweißt und dadurch mit dem Steckergehäuse 50 verbunden ist.
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Gemäß 2 und 3 weist der Träger 41 eine Aufnahme 80 für eine Signalverarbeitungseinheit 60 bzw. für einen Schaltkreis der Signalverarbeitungseinheit 60 auf, beispielsweise einen ASIC. Die Aufnahme 80 ist dabei als eine in die Mantelfläche der zylindrischen Ausführung des Trägers 41 eingebrachte Aussparung 81 ausgeführt. Die Aussparung 81 verläuft dabei im Wesentlichen parallel zur Achse der Längserstreckung des Trägers 41 und läuft quer zur axialen Längserstreckung des Trägers 41 am Außenumfang des Trägers 41 aus. Dadurch bildet die Aussparung 81 eine im Wesentlichen ebene Bodenfläche 82 aus. Die Bodenfläche 82 der Aussparung 81 liegt beispielsweise radial höchstens etwa in der Mitte des Trägers 41, so dass einerseits keine zu starke Schwächung des Zylinderabschnitts des Trägers 41 entsteht und andererseits aber eine ausreichend große Bodenfläche 82 für die Aufnahme 80 am Träger 41 ausgebildet wird. Weiterhin ist bei den Ausführungsbeispielen in 2 und 3 am Träger 41 ein zweiter trägerseitiger Trägerabschnitt 43 ausgebildet, dessen Durchmesser geringer ist als der Durchmesser des steckerseitigen Trägerabschnitts 58, so dass am zweiten trägerseitigen Trägerabschnitt 43 das erste Gehäuseteil 72 zusätzlich geführt ist. Dieser zweite Trägerabschnitt 43 kann insbesondere für die Montage von langen Kontaktiereinheiten 40 mit entsprechend langen Kontaktiermodulgehäusen 70 hilfreich sein.
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Beim Ausführungsbeispiel in 2 ist die Signalverarbeitungseinheit 60 bzw. der Schaltkreis der Signalverarbeitungseinheit 60 auf der ebenen Bodenfläche 82 der Aussparung 81 positioniert. Die ebene Bodenfläche 82 der Aussparung 81 erstreckt sich bei der Ausführungsform in 2 in axialer Längserstreckung des Trägers 41 über den erforderlichen Flächenbedarf für die Signalverarbeitungseinheit 60 bzw. für den Schaltkreis der Signalverarbeitungseinheit 60 hinaus, so dass sich in axialer Längserstreckung des Trägers 41 sensorseitig vor der Signalverarbeitungseinheit 60 bzw. dem Schaltkreis der Signalverarbeitungseinheit 60 auf der Bodenfläche 82 eine erste Kontaktierfläche 83 und sensorseitig hinter der Signalverarbeitungseinheit 60 bzw. dem Schaltkreis der Signalverarbeitungseinheit 60 auf der Bodenfläche 82 eine zweite Kontaktierfläche 84 ausbildet. Auf der ersten Kontaktierfläche 83 sind die ersten freiliegenden schaltkreisseitigen Kontakte 85 und auf der zweiten Kontaktierfläche 84 die zweiten freiliegenden schaltkreisseitigen Kontakte 86 angeordnet. Die Signalverarbeitungseinheit 60 bzw. der Schaltkreis der Signalverarbeitungseinheit 60 ist mittels Kontaktverbindungen 88 mit den ersten und zweiten freiliegenden schaltkreisseitigen Kontakten 85, 86 elektrisch verbunden.
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Beim Ausführungsbeispiel in 3 weist die Aussparung 81 zur Ausbildung der Aufnahme 80 eine zusätzliche Vertiefung 90 mit einer weiteren, im Wesentlichen ebenen versenkten Bodenfläche 92 auf. Die Signalverarbeitungseinheit 60 bzw. der Schaltkreis der Signalverarbeitungseinheit 60 ist auf der versenkten Bodenfläche 92 positioniert, so dass die Signalverarbeitungseinheit 60 bzw. der Schaltkreis der Signalverarbeitungseinheit 60 im Wesentlichen in die Vertiefung 90 versenkbar ist. Die versenkte Bodenfläche 92 der Vertiefung 90 liegt auch hier radial höchstens etwa in der Mitte des Trägers 41, so dass einerseits keine zu starke Schwächung des Trägers 41 entsteht und andererseits aber eine ausreichend große Bodenfläche 92 zur Aufnahme der Signalverarbeitungseinheit 60 bzw. des Schaltkreises der Signalverarbeitungseinheit 60 am Träger 41 vorliegt. Die versenkte Bodenfläche 92 in der Vertiefung 90 verläuft dabei ebenfalls im Wesentlichen parallel zur Achse der Längserstreckung des Trägers 41 und läuft quer zur axialen Längserstreckung des Trägers 41 am Außenumfang des Trägers 41 aus.
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Durch die Vertiefung 90 entsteht auf der Bodenfläche 82 der Aussparung 81 sensorseitig vor der Vertiefung 90 eine erste Stufe 93 und sensorseitig hinter der Vertiefung 90 eine zweite Stufe 94. Auf der ersten Stufe 93 befindet sich die erste Kontaktierfläche 83 für die freiliegenden sensorseitigen Kontakte 85 und auf der zweiten Stufe 94 die zweite Kontaktierfläche 84 für die zweiten freiliegenden schaltkreisseitigen Kontakte 86. Auch hier ist die Signalverarbeitungseinheit 60 bzw. der Schaltkreises der Signalverarbeitungseinheit 60 mittels Kontaktverbindungen 88 mit den ersten und zweiten freiliegenden schaltkreisseitigen Kontakten 85, 86 elektrisch verbunden.
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Zur Befestigung der Signalverarbeitungseinheit 60 bzw. der Schaltkreis der Signalverarbeitungseinheit 60 in der Aussparung 81 sind auf den Bodenflächen 82, 92 herausstehende nichtgezeigte inselförmige Aufstandfläche ausgebildet, auf denen die Signalverarbeitungseinheit 60 bzw. der Schaltkreis der Signalverarbeitungseinheit 60 mittels eines Klebers befestigt ist.
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Die Anschlüsse der Signalverarbeitungseinheit 60 bzw. des Schaltkreises der Signalverarbeitungseinheit 60 werden sensorseitig mit den ersten schaltkreisseitigen Kontakten 85 und steckerseitig mit den zweiten schaltkreisseitigen Kontakten 86 elektrisch kontaktiert. Dadurch wird ein vormontierbares Elektronikmodul 13 mit integrierter Signalverarbeitungseinheit 60 bzw. mit integriertem Schaltkreis der Signalverarbeitungseinheit 60 geschaffen. Zur Erzeugung der Druckmesseinrichtung wird dann das vormontierte Elektronikmodul 13 mit dem ebenfalls vormontierten Glühmodul 11 oder einem nur die Sensoreinheit 12 aufweisen vormontierten Sensormodul elektrisch kontaktiert und mechanisch verbunden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004043874 A1 [0003]
- JP 2009229039 A1 [0004]
