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Die Erfindung betrifft ein Ventil, insbesondere ein Niederdruckventil, zur Steuerung einer Abgasrückführung bei einer Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Gehäuse, das einen Kanalabschnitt zur Abgasführung aufweist, mit einem Ventilelement, das im Kanalabschnitt verstellbar angeordnet ist und mittels eines Stelltriebes verstellbar ist.
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Ventile dieser Art, auch Abgasrückführventile genannt, sind üblicherweise über Abgasrückführsysteme in einer Abgasrückführleitung zum Einstellen einer Menge des von der Abgasseite zur Frischluftseite rückgeführten Abgases angeordnet. Das Abgasrückführventil ist somit zum Einstellen der Abgasrückführmenge oder Abgasrückführrate ausgestaltet. Es steuert die Abgasmenge oder Abgasrate in Abhängigkeit von Betriebsparametern einer Brennkraftmaschine. Bei der Gestaltung und Anordnung als Niederdruckventil befindet sich das Abgasrückführventil zum Beispiel in einer an den Ausgang einer Abgasturbine angeschlossenen Niederdruck-Abgasleitung, die in eine Frischluftleitung mündet, und zwar vor Eintritt in einen Ladeluftverdichter.
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Das eingangs genannte Ventil ist als Tellerventil ausgebildet, das über eine Hubeinrichtung verstellbar ist, um mit einem Ventilsitz abzudichten bzw. einen mehr oder minder großen Durchlass freizugeben.
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Eine derartige Ausführung ist relativ kompliziert und aufwändig.
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Daneben können derartige Ventile als Drehventile ausgebildet sein, bei denen ein Drehantrieb eine Welle betätigt, mit der das Ventilglied einer im Kanalabschnitt befindlichen Flügelkappe betätigt wird. Die üblicherweise eingesetzten Stelltriebe sind relativ groß, schwer und teuer. Das Gleiche gilt für das das Ventilelement enthaltende Gehäuse.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Ventil der eingangs genannten Art derart zu verbessern, dass eine kompakte Bauform erreicht wird und eine möglichst robuste, präzise Steuerung des Ventils gewährleistet ist. Des Weiteren sollen der Anschluss und die Montage des Ventils auf möglichst einfache Weise ermöglicht werden.
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Diese Aufgabe wird bei einem Ventil der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass das Ventilelement mittels eines elektromagnetischen Stelltriebs verstellbar ist, wobei die Stellung des Ventilelements mittels eines Positionssensors steuerbar ist.
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Die Aufgabe der Erfindung wird auf diese Weise vollkommen gelöst.
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Durch die Verwendung eines elektromagnetischen Stelltriebs zur Steuerung des Ventilelements lässt sich ein sehr kompakter und robuster Aufbau erreichen. Durch die Verwendung des Positionssensors wird hierbei eine sehr präzise Steuerung des Ventils gewährleistet.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Ventilelement als vorzugsweise kreisförmige Klappe ausgebildet, die an einer quer zur Längsachse des Kanalabschnitts in den Kanalabschnitt hineinragenden Welle verstellbar aufgenommen ist und gegen einen Ventilsitz abdichtbar ist.
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Bei einem derartigen Aufbau wird eine klare räumliche Trennung zwischen dem Stelltrieb und dem eigentlichen Ventilelement innerhalb des Kanalabschnitts gewährleistet. Somit ergibt sich eine thermische Trennung des Stelltriebs vom Kanalabschnitt, in dem heiße Gase strömen. Gleichzeitig kann ein kompakter Aufbau gewährleistet werden.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist ein Temperatursensor zur Überwachung der Temperatur im Kanalabschnitt vorgesehen, wobei der Positionssensor und der Temperatursensor über eine gemeinsame Schnittstelle angeschlossen sind.
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Auf diese Weise ergibt sich eine besonders einfache Anschlussmöglichkeit für beide Sensoren und eine einfache Montage, da nur ein einziger Steckverbinder zum Anschluss beider Sensoren an die Motorsteuerung notwendig ist.
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In bevorzugter Ausgestaltung dieser Ausführung ist ein Sensoradapter vorgesehen, der zur Kontaktierung des Positionssensors und des Temperatursensors ausgebildet ist und an dem die gemeinsame Schnittstelle vorgesehen ist.
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Somit ergibt sich ein besonders einfacher und zuverlässiger Aufbau und eine vereinfachte Montage. Sowohl der Positionssensor als auch der Temperatursensor können mithilfe des Sensoradapters kontaktiert und mit der gemeinsamen Schnittstelle verbunden werden.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Sensoradapter zur Aufnahme und Kontaktierung des Positionssensors sowie zur Kontaktierung des Temperatursensors ausgebildet und mit einem Stecker elektrisch verbunden.
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Hierdurch ergibt sich ein einfacher und kompakter Aufbau.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung sind am Sensoradapter Anschlusskontakte zur Kontaktierung des Stelltriebes vorgesehen, die mit dem Stecker gekoppelt sind.
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Somit können auch die elektrischen Anschlüsse für den Stelltrieb über den Stecker angeschlossen werden, der die Schnittstelle zum Anschluss des Positionssensors und des Temperatursensors bildet. Somit ergibt sich ein einfacher Aufbau und eine einfache Montage.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Sensoradapter über ein Stanzgitter oder eine gedruckte Schaltung mit dem Stecker elektrisch verbunden.
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Hierdurch ergibt sich ein besonders einfacher und zuverlässiger Aufbau.
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In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung weist der Sensoradapter ein vorzugsweise aus Kunststoff bestehendes, vorzugsweise flanschförmiges, Adaptergehäuse auf, mit einem Hohlraum, der durch einen Boden und eine umlaufende Wand nach außen abgeschlossen ist.
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Auf diese Weise wird eine einfache Möglichkeit zur Aufnahme bzw. Kontaktierung des Positionssensors und des Temperatursensors ermöglicht.
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In bevorzugter Weiterbildung dieser Ausführung ist hierbei das Stanzgitter oder die gedruckte Schaltung von einem Kunststoff umspritzt, aus dem das Adaptergehäuse besteht.
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Hierdurch ergibt sich ein besonders robuster Aufbau, der den rauen Bedingungen im Bereich einer Brennkraftmaschine angepasst ist.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Sensoradapter zwischen dem Stelltrieb und einem Flanschansatz aufgenommen, durch den eine mit dem Stelltrieb verbundene Welle verläuft, die in den Kanalabschnitt ragt und an der das Ventilelement aufgenommen ist.
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Auf diese Weise ergibt sich ein besonders einfacher und kompakter Aufbau und eine einfache Montage des Sensoradapters im Bereich zwischen dem Stelltrieb und dem Kanalabschnitt.
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Hierbei ist das Adaptergehäuse vorzugsweise durch umlaufende Dichtungen gegen den Stelltrieb und den Flanschansatz abgedichtet.
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Auf diese Weise ergibt sich ein zuverlässiger und robuster Aufbau.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Positionssensor am Boden des Adaptergehäuses außermittig zur Welle aufgenommen.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Stecker seitlich neben dem Adaptergehäuse aufgenommen und mit diesem über einen Arm verbunden.
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Auf diese Weise ergibt sich eine besonders einfache Montagemöglichkeit für den Stecker.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung sind der Positionssensor und der Temperatursensor vorzugsweise über das Stanzgitter oder die gedruckte Schaltung mit einem gemeinsamen Massekontakt des Steckers verbunden.
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Auf diese Weise wird die Zahl der Anschlussstifte am Stecker reduziert.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Temperatursensor mit einem Eingang des Positionssensors gekoppelt, wobei der Positionssensor einen digitalen Ausgang aufweist, der mit dem Stecker vorzugsweise über das Stanzgitter oder die gedruckte Schaltung verbunden ist.
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Vorzugsweise weist hierbei der Positionssensor einen A/D-Wandler zur Digitalisierung eines analogen Ausgangssignals des Temperatursensors auf und die digitalen Ausgangssignale für die Temperatur und die Position werden sequentiell an den Stecker übermittelt.
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Durch diese Merkmale kann ein Kontaktstift am Stecker eingespart werden, wodurch sich der Aufbau vereinfacht und der Verkabelungsaufwand reduziert wird.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Temperatursensor mit einem Sensorgehäuse in einer Ausnehmung im Boden des Adaptergehäuses und/oder einer Ausnehmung des Flanschansatzes aufgenommen und weist einen Fühlerstift auf, der in den Kanalabschnitt hervorsteht.
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Auf diese Weise wird eine zuverlässige Befestigung des Temperatursensors mit seinem Sensorgehäuse im Bereich des Adaptergehäuses gewährleistet und gleichzeitig eine präzise Positionierung des die Temperatur erfassenden Fühlerstifts im Kanalabschnitt erreicht.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung steht der Flanschansatz quer zur Längsachse des Kanalabschnitts vom Kanalabschnitt nach außen hervor, wobei sich die Welle vom Stelltrieb aus durch den Sensoradapter und den Flanschansatz hindurch bis in den Kanalabschnitt erstreckt und im Flanschansatz gelagert und gegenüber dem Kanalabschnitt abgedichtet ist.
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Durch eine derartige Gestaltung ergibt sich ein besonders einfacher und kompakter Aufbau und eine robuste Ausführung.
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Es versteht sich, dass Ventil statt als Niederdruckventil auch für eine Hochdruck-Abgasrückführung geeignet ist, bei der das Abgas aus einer Hochdruck-Abgasleitung abgezweigt und einer Hochdruck-Ladeluftleitung zugeführt wird.
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Es versteht sich ferner, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
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1 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Ventil, wobei sich das Ventilelement in seiner Schließstellung befindet;
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2 eine Explosionsdarstellung des Ventils gemäß 1 mit einem Ventilgehäuse, das einen Kanalabschnitt umschließt und an dem ein Flanschansatz vorgesehen ist, mit einem darüber angeordneten Sensoradapter, der zur Befestigung auf dem Flanschansatz vorgesehen ist und mit einem darüber angeordneten Stelltrieb, der zur Befestigung auf dem Sensoradapter vorgesehen ist;
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3 eine vergrößerte perspektivische Ansicht auf den Sensoradapter gemäß 2 von schräg oben in einer ersten Ausführung; und
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4 eine perspektivische Ansicht auf den Sensoradapter gemäß 3, jedoch in einer leicht abgewandelten Ausführung.
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In den 1 und 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ventils dargestellt und insgesamt mit der Ziffer 10 bezeichnet.
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Im vorliegenden Fall ist das Ventil 10 als Niederdruckventil ausgebildet und weist ein im Wesentlichen zylindrisches Ventilgehäuse 12 auf, das einen Kanalabschnitt 14 umschließt. Der Kanalabschnitt 14 weist eine Längsachse 19 auf und ist zur Durchströmung mit den heißen Abgasen eines Verbrennungsmotors in Richtung des Pfeils 17 vorgesehen. Das Ventil 10 ist für die Steuerung einer Abgasrückführung bei einer Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Fahrzeug, ausgebildet. Ventile dieser Art werden auch als Abgasrückführventile bezeichnet. Bei der hier angesprochenen Niederdruck-Abgasrückführung wird Abgas aus einer Niederdruck-Abgasleitung in Strömungsrichtung 17 des Abgases nach einer Abgasturbine entnommen und über eine Niederdruck-Abgasrückführleitung einer Niederdruck-Ladeluftleitung zugeführt, die mit einem Ladeluftverdichter verbunden ist.
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Im hier dargestellten Fall weist das Gehäuse 14 des Kanalabschnitts 12 einen eingangsseitigen Flansch 21 zum Einbau in eine Leitung, in ein Gehäuse oder dergleichen auf, sowie einen ausgangsseitigen Flansch 23. Dabei sind Dichtungsringe (zum Beispiel O-Ringe, nicht dargestellt) zur Abdichtung vorgesehen.
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An einer Außenseite des Ventilgehäuses 12 ist seitlich ein Flanschansatz 16 angeflanscht, der sich in einer Richtung senkrecht zur Längsachse des Kanalabschnitts 14 erstreckt. Im Flanschansatz 16 ist eine Welle 28 aufgenommen, mittels eines Lagers 20 gelagert und mit einer Dichtung 26 gegenüber dem Kanalabschnitt 14 abgedichtet. Die Welle 28 erstreckt sich durch den Flanschansatz 16, durch einen darauf aufgenommenen Sensoradapter 44 und wird von einem elektromagnetischen Stelltrieb 54 angetrieben, der auch auf dem äußeren Ende des Sensoradapters 44 befestigt ist, zum Beispiel mithilfe von Schrauben 42.
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Die Welle 28 erstreckt sich durch eine Bohrung bis in den Kanalabschnitt 14 hinein und trägt an ihrem im Kanalabschnitt 14 befindlichen Ende ein Ventilelement 30 in Form einer Klappe. Die Welle 28 ist mithilfe des Stelltriebs 54 um ihre Längsachse verschwenkbar und ermöglicht somit eine Steuerung des Ventildurchlasses zwischen einer Offenstellung, in der sich das Ventilelement 30 parallel zur Längsachse 19 des Kanalabschnitts 14 befindet und zwischen einer Schließstellung, in der das Ventilelement 30 mit einem innenwandseitigen Ventilsitz 31 des Kanalabschnitts 14 abdichtet.
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Um eine präzise Steuerung des Ventils 10 in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine zu ermöglichen, ist eine Überwachung der Betriebsparameter notwendig. Hierzu ist insbesondere ein Temperatursensor 34 vorgesehen, der mit einem Fühlerstift 36 in den Kanalabschnitt 14 hineinragt. Zur präzisen Steuerung der Ventilstellung ist ferner ein Positionssensor 58 vorgesehen, der im Sensoradapter 44 aufgenommen ist und mit einem Sensormagnet 60 zusammenwirkt.
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Zur Rückstellung des Ventils 10 in eine Schließstellung ist ein Federelement 24 in Form einer Schraubenfeder vorgesehen, das auf einem Federmitnehmer 22 innerhalb des Flanschansatzes 16 und mit einem Stift/Rastglied 32 der Welle verbunden ist. Durch eine Drehbewegung der Welle 28 wird somit das Federelement 24 gespannt bzw. entspannt.
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Der Flanschansatz 16 ist an seiner vom Kanalabschnitt 14 abgewandten Seite durch eine ebene Stirnfläche 46 abgeschlossen, wie insbesondere aus 2 näher zu ersehen ist. Von dieser Stirnfläche 46 stehen zwei hohlzylindrische Ansatzstutzen 38 nach außen hervor, die zur Aufnahme und Positionierung des Sensoradapters 44 ausgebildet sind. Der Sensoradapter 44 ist mit entsprechenden Ausnehmungen auf den Flanschansatz 16 aufsetzbar und zusammen mit dem sich daran anschließenden Stelltrieb 54 mittels Befestigungselementen 42 etwa in Form von Schrauben fixierbar ist, die in entsprechende Gewindeabschnitte 40 der Ansatzstutzen 38 einschraubbar sind.
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Gemäß 2 ist in der Stirnfläche 46 des Flanschansatzes 16 ist eine Ausnehmung 37 vorgesehen, die zur Aufnahme eines zylindrischen Sensorgehäuses 62 des Temperatursensors 34 vorgesehen ist. Der Fühlerstift 36 des Temperatursensors 34 erstreckt sich durch diese Ausnehmung 37 hindurch bis in den Kanalabschnitt 14, der vom Ventilgehäuse 12 umschlossen ist.
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Der Sensoradapter 44 weist ein flanschförmiges Adaptergehäuse 68 auf, mit einem ebenen Boden 70 und einer umlaufenden Gehäusewand 72, die in einer ebenen Stirnfläche 74 endet, an der eine umlaufende Nut 76 zur Aufnahme eines elastischen Dichtungselements vorgesehen ist. Der Stelltrieb 54 weist ein kappenförmiges Gehäuse auf, mit einem ebenen Flanschansatz 55 an seinem dem Adaptergehäuse 68 zugewandten Ende. Beim Aufsetzen des Stelltriebes 54 auf den Sensoradapter 44 dichtet der Flanschansatz 55 mit einem zugeordneten Dichtungselement 52 (vergleiche 1) ab.
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An seinem gegenüberliegenden Ende ist am Sensoradapter 44 gemäß 1 eine weitere Dichtung 50 vorgesehen, um eine Abdichtung gegenüber der Stirnfläche 46 des Flanschansatzes 16 zu bewirken.
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Der Sensoradapter 44 ist zur Aufnahme, Positionierung und Kontaktierung sowohl des Temperatursensors 34 als auch des Positionssensors 58 vorgesehen. Gleichzeitig ist am Sensorgehäuse 44 eine gemeinsame Schnittstelle 78 ausgebildet, die eine Kontaktierung des Temperatursensors 34, des Positionssensors 58, als auch des Stelltriebs 54 über einen gemeinsamen Stecker 80 ermöglicht.
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Der nähere Aufbau des Sensoradapters ist aus den 3 und 4 näher ersichtlich.
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3 zeigt eine erste Ausführungsform des Sensoradapters 44.
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Hierbei ist der Positionssensor 58 am Boden 70 des Adaptergehäuses 68 außermittig zur Welle 28 befestigt. Der Positionssensor 58 ist über zugeordnete Kontaktstellen 84 mit einem Stanzgitter 86 elektrisch verbunden, das sich auf dem Boden 70 des Adaptergehäuses 68 erstreckt und über einen seitlichen Tragarm 82 bis in den Stecker 80 erstreckt und mit daran vorgesehenen Kontaktstiften 90, 92, 94, 95 elektrisch verbunden ist.
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Das Adaptergehäuse 68 ist an seinem Boden 70 von einer Ausnehmung 96 durchsetzt, durch die der Temperatursensor 34 mit seinen beiden Anschlusskontakten 64, 66 in das Innere des Adaptergehäuses 68 hinein hervorsteht und unmittelbar mit dem Stanzgitter 86 elektrisch verbunden ist. Hierbei weisen der Temperatursensor 34 und der Positionssensor 58 jeweils einen Massekontakt auf, der an eine gemeinsame Kontaktschiene des Stanzgitters 86 angekoppelt ist und mit einem gemeinsamen Massekontakt 94 am Stecker 80 gekoppelt ist.
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Vom Boden 70 des Adaptergehäuses 68 stehen ferner zwei Kontaktfinger 88 nach oben hervor, die mit zugeordneten Kontaktstiften 90 am Stecker 80 elektrisch verbunden sind. Beim Aufsetzen des Stelltriebes 54 auf den Sensoradapter 44 werden zugeordnete Stecker am Stelltrieb 54 (nicht dargestellt) mit den Kontaktfingern 88 verbunden.
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Ein weiterer Anschlusskontakt 66, der das Ausgangssignal des Temperatursensors 34 führt, ist über das Stanzgitter 86 mit einem Steckkontakt 92 am Stecker 80 gekoppelt.
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Zwei Ausgänge des Positionssensors 58 sind mit zugeordneten Kontaktstiften 95 des Steckers 80 über das Stanzgitter 86 elektrisch verbunden.
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Die elektrische Verbindung zum Positionssensor 58, zum Temperatursensor 34 und zum Stelltrieb 54 wird also insgesamt über einen einzigen Anschlussstecker hergestellt, der auf den Stecker 80 aufgesteckt wird. Auf diese Weise wird eine einfache und zuverlässige elektrische Verbindung mit dem Kabelbaum bzw. der Motorsteuerung hergestellt.
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4 zeigt eine Abwandlung des Sensoradapters 44, die in 4 insgesamt mit 44a bezeichnet ist.
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Der Sensoradapter 44a ist von seinem Gehäuseaufbau her grundsätzlich identisch mit dem Sensoradapter 44 gestaltet. Der Unterschied liegt in einem abgewandelten elektrischen Anschluss und einer geänderten Signalführung vom Temperatursensor 34 um den Positionssensor 58 zum Stecker 80.
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Bei der Ausführung des Sensoradapters 44a gemäß 4 weist der Positionssensor 58 einen analogen Eingang auf, der über eine zugeordnete Anschlussleitung mit einem Ausgangskontakt 66 des Temperatursensors 34 gekoppelt ist. Der Positionssensor 58 weist einen internen A/D-Wandler auf, um das analoge Ausgangssignal vom Temperatursensor 34 in ein digitales Signal umzusetzen. Vom Positionssensor 58 aus werden die digitalen Ausgangssignale für die Temperatur und die Position sequentiell über das Stanzgitter 86 an zugeordnete Kontaktstifte 100 des Steckers 80 übermittelt. Der Massekontakt 64 des Temperatursensors 34 und des Positionssensors 58 sind wiederum über eine gemeinsame Masseleitung mit einem gemeinsamen Kontaktstift 98 des Steckers 80 verbunden.
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Der Anschluss des Stelltriebes 54 erfolgt wiederum über zugeordnete Kontaktfinger 88 innerhalb des Sensoradapters 44a, die mit zugeordneten Kontaktstiften 90 des Steckers 80 elektrisch verbunden sind.
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Bei der Ausführung gemäß 4 kann ein Kontaktstift des Steckers 80 eingespart werden und gleichzeitig ergibt sich durch eine vollständige digitale Übertragung der Signale für Temperatur und Position eine sehr zuverlässige Signalübertragung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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