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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft das Messen von Füllständen in Behältern, insbesondere betrifft die Erfindung einen Füllstandssensor zum Messen eines Flüssigkeitsfüllstandes in Behältern von Fahrzeugen.
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Stand der Technik
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Zur Messung von Füllständen in Behältern können unterschiedliche Messprinzipien eingesetzt werden, die einen gegebenen Füllstand in eine elektrische Ausgangsgröße umwandeln. Hierzu werden beispielsweise drehbare Schwimmersysteme eingesetzt, die durch geeignete Geber und gekoppelte Sensoren eine elektrische Ausgangsgröße erzeugen, die eine Aussage über einen gegebenen Füllstand zulässt. Beispielsweise kann ein gegebener Füllstand durch die Position eines magnetischen Gebers repräsentiert sein, der wiederum magnetisch mit einem magnetsensitiven Sensorelement gekoppelt ist. Aus dem Stand der Technik sind hierzu verschiedene Lösungen bekannt, beispielsweise aus der
DE 196 48 539 A1 . Hier wird ein passiver magnetischer Positionssensor beschrieben, der aus einem Substrat besteht, auf dem ein Widerstandsnetzwerk aufgebracht ist. Weiterhin weist der Sensor eine Kontaktstruktur auf, die unter Einwirkung einer Magneteinrichtung auslenkbar ist und dadurch ein Widerstandsnetzwerk kontaktiert.
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Eine Herstellung und ein Zusammenbau derartiger Sensoren können mitunter aufgrund hierzu notwendiger Arbeitsschritte aufwändig sein und Kompromisse hinsichtlich Qualität und Kosten erforderlich machen.
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Offenbarung der Erfindung
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Mit der vorliegenden Erfindung kann unter anderem eine Herstellung eines Füllstandssensors vereinfacht werden und/oder dessen Zuverlässigkeit erhöht werden. Der Erfindung liegen unter anderem folgende Überlegungen zugrunde:
Ein KontaktelementKontaktelement kann zur Herstellung einer elektrischen Verbindung beispielsweise durch Verlöten mit einer Grundplatte eines Füllstandssensors verbunden sein. Ein Verlötvorgang kann hierbei von verschiedenen Parametern abhängen, woraus sich unter Umständen Qualitätsprobleme für spezifische Produktionsprozesse ergeben könnten. Insbesondere ein Auftreten von kalten Lötstellen kann unter Umständen problematisch für eine Funktionsfähigkeit und eine Haltbarkeit solcher Sensoren sein. Ein weiterer Aspekt kann möglicherweise ein Einsatz von Flussmittel zum Löten sein, wobei das Flussmittel im Allgemeinen zur Entfernung von Oxiden von der Oberfläche der Lötstelle vorgesehen ist. Solche Flussmittel können organische Substanzen enthalten, die teilweise nur schwer von den betroffenen Lötstellen entfernt werden können. Organische Rückstände können in einigen Fällen weitere darauffolgende Produktionsschritte behindern, in denen chemische Reinheit der Komponenten von Bedeutung ist. Ein weiterer Aspekt kann darin gesehen werden, dass der Vorgang des Verlötens einen zeitlichen Aufwand im Produktionsprozess sowie einen Kostenfaktor darstellt. Folglich wäre es wünschenswert, wenn eine alternative Lösung zur elektrisch leitenden Befestigung und Verbindung von Komponenten in einem solchen Sensor anstelle des Verlötens genutzt werden könnte.
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Es wird daher ein Füllstandssensor zum Detektieren eines Füllstandes in einem Behälter eines Fahrzeugs vorgeschlagen, der eine Grundplatte mit einer elektrisch leitenden Kontaktfläche, ein Abdeckelement, ein KontaktelementKontaktelement zum Detektieren eines Füllstandes sowie ein elastisches Halteelement aufweist. Das KontaktelementKontaktelement ist in einem Innenraum zwischen der Grundplatte und dem Abdeckelement angeordnet und das Abdeckelement ist mit der Grundplatte verbunden. Der Füllstandssensor ist dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement zwischen dem KontaktelementKontaktelement und dem Abdeckelement angeordnet ist, sodass das Halteelement einen Anpressdruck auf das KontaktelementKontaktelement in Richtung zur Grundplatte zur elektrischen Kontaktierung des KontaktelementKontaktelements mit der Kontaktfläche der Grundplatte erzeugt.
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Ein Vorteil kann darin gesehen werden, dass eine Herstellung eines solchen Füllstandssensors ohne Verlöten stattfinden kann und weiterhin einen Herstellungsprozess vereinfacht sowie die Qualität und Haltbarkeit eines Füllstandssensors erhöht werden kann. Das Auftreten von kalten Lötstellen kann hierdurch ebenfalls vermieden werden.
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Die Grundplatte kann hierbei beispielsweise eine Leiterplatte mit einer Leiterstruktur oder Kontaktstruktur sein, aber auch ein Substrat oder eine ähnliche Trägersubstanz, die eine Kontaktierung von innenliegenden Sensorkomponenten mit der Grundplatte und gegebenenfalls auch eine Kontaktierungsmöglichkeit des Füllstandssensors mit externen Bauteilen, beispielsweise zur elektrischen Verbindung oder Stromversorgung, ermöglicht.
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Das Abdeckelement kann eine Abdeckung aus Kunststoff oder ähnlichen Materialien sein. Das Abdeckelement kann dabei gemäß einem Beispiel so ausgeführt sein, dass es zusammen mit der Grundplatte einen Innenraum einschließt, der hermetisch flüssigkeits- und/oder gasdicht abgeschlossen sein kann.
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Unter dem Halteelement kann ein Element verstanden werden, das in Richtung zur Grundplatte auf das Kontaktelement drückt und dadurch das Kontaktelement mechanisch fixiert. Dabei kann dieser Anpressdruck dadurch erzeugt werden, dass sich das Halteelement am Abdeckelement abstützt. Das Halteelement kann hierbei beispielsweise ein zylindrisch ausgeformter elastischer Körper sein. Der Anpressdruck dient weiterhin dazu, gleichzeitig eine elektrische Kontaktierung zwischen dem Kontaktelement und der Kontaktfläche der Grundplatte zu schaffen, um die Teilspannung und damit den Füllstand abzugreifen
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In einem Beispiel weist der Füllstandssensor weiterhin eine Dichtung auf, die zwischen das Abdeckelement und die Grundplatte zwischengelagert ist und ein erster Teilbereich der Dichtung ringförmig umlaufend ausgebildet ist und in einem zweiten Teilbereich der Dichtung das Halteelement in einem Innenbereich des ringförmigen ersten Teilbereichs angeordnet ist. Ein Vorteil kann darin gesehen werden, dass durch die ringförmige Ausbildung eine umlaufende vollständige Abdichtung des Sensors ermöglicht werden kann. Das Halteelement kann hierbei, wie auch das Kontaktelement, in diesem vollständig abgedichteten Bereich angeordnet sein.
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Die Dichtung kann beispielsweise aus einem Elastomer bestehen, das bei ausreichender mechanischer Stabilität eine vorteilhafte Abdichtung bietet. Die Verbindung zwischen Abdeckelement und der Grundplatte kann dabei durch bzw. über die Dichtung erfolgen.
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In einem weiteren Beispiel kann das Halteelement Teil des dichtenden Bereiches der Dichtung sein. Die Elastizität der Dichtung kann dabei einen permanenten Anpressdruck selbst bei geringfügigen Schwankungen der Anordnung von Grundplatte und Abdeckelement ermöglichen. Das Kontaktelement kann in dem Bereich, der am Halteelement anliegt, eine elektrisch leitende Oberfläche aufweisen, damit eine ausreichende Kontaktierung mit der Grundplatte erfolgen kann. Die Kontaktfläche der Grundplatte kann hierbei beispielsweise eine als Widerstandsschicht ausgebildete metallische Leiterstruktur auf der Oberfläche der Grundplatte sein, die eine ausreichend gute Kontaktierung bei ausreichend großer gemeinsamer Kontaktfläche bietet. Diese Leiterstruktur kann in einem Beispiel eine Verbindung zu Anschlusskontakten herstellen, die beispielsweise als flächig ausgestaltete metallische Kontakte oder Kontaktpads am Rand der Grundplatte angeordnet sein können und hierdurch eine gute elektrische Kontaktierung der Leiterstruktur der Grundplatte mit einem externen Anschluss ermöglichen können. Dies kann beispielsweise durch Verlöten oder mechanische Elemente wie Kontaktlamellen oder Kontaktklemmen erfolgen.
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In einem Beispiel ist der zweite Teilbereich der Dichtung durch einen Steg mit dem ersten Teilbereich der Dichtung verbunden. Ein Vorteil kann hierbei darin gesehen werden, dass eine Herstellung einer Dichtung mit kombiniertem Halteelement vereinfacht werden kann und eine genaue Positionierung des Halteelements durch einen Steg klar definiert sein kann.
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In einem Beispiel ist die Dichtung mit dem Halteelement einstückig ausgebildet. Dies bedeutet, dass das Halteelement und die restliche Dichtung mechanisch verbunden sind und/oder aus demselben Material bestehen. Herstellungskosten können auf diese Weise unter Umständen gesenkt werden.
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In einem Beispiel ist zwischen dem Kontaktelement und der Kontaktfläche der Grundplatte ein elektrisches Verbindungselement angeordnet. Dieses Verbindungselement kann dazu dienen, einen elektrischen Widerstand zwischen dem Kontaktelement und der Kontaktfläche der Grundplatte zu verringern. Derartige Verbindungselemente können beispielsweise Kontaktlamellen, Kontaktringe aus einem leitfähigen Material oder Ähnliches sein. In einem Beispiel ist das Verbindungselement ausgestaltet und so angeordnet, dass ein vorbestimmter Abstand zwischen dem Kontaktelement und der Kontaktfläche der Grundplatte erreicht wird.
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Gemäß einem Beispiel weist das Verbindungselement eine elektrisch leitende Kontaktfeder auf. Der Vorteil einer Kontaktfeder kann darin gesehen werden, dass eine definierte Anpresskraft bei guter Kontaktqualität erreicht werden kann. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Schraubenfeder aus einem metallischen Federdraht handeln. Dabei kann eine elastische Auslenkbarkeit eines Teils der Kontaktfeder ermöglichen, dass die Kontaktfeder unter einer Vorspannung montiert ist und dadurch selbst bei geringfügigen vertikalen Abstandsänderungen zwischen den einzelnen Elementen eine Anpresskraft zur Kontaktieren generiert wird. Bei der Schraubenfeder ist hierzu ein federelastischer Draht schraubenförmig-zylindrisch angeordnet, sodass in deren Längsrichtung eine Anpresskraft erzeugt wird.
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In einem Beispiel schließt das Abdeckelement zusammen mit der Dichtung und der Grundplatte den Innenraum dichtend ab. Ein Vorteil kann darin gesehen werden, dass solche Füllstandssensoren beispielsweise innerhalb von Behältern angeordnet sein können und gegebenenfalls auch den Flüssigkeiten direkt ausgesetzt sein können, ohne Beschädigungen an den im Innenraum angeordneten Bauteilen zu verursachen.
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In einem Beispiel weist das Kontaktelement und/oder die Kontaktfläche der Grundplatte und/oder das Verbindungselement ein Edelmetall zur Verringerung eines elektrischen Widerstandes auf. Insbesondere kann eine Trägerstruktur einer solchen Komponente mit einem Edelmetall beschichtet sein. Ein Vorteil kann in einer Verringerung der elektrischen Verluste und Erhöhung einer Zuverlässigkeit des Füllstandssensors gesehen werden. Solche Edelmetalle können beispielsweise Metalle sein, die besonders vorteilhafte elektrische Leitungseigenschaften aufweisen, wie beispielsweise Gold, Silber, oder Ähnliche.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Figuren detailliert beschrieben. Weder die Beschreibung noch die Figuren sollen als die Erfindung einschränkend ausgelegt werden.
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1 zeigt einen Füllstandssensor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in vereinfachter Schnittdarstellung.
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2 zeigt einen Füllstandssensor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in Schnittdarstellung mit einem Kontaktelement und einem Verbindungselement.
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3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Dichtung eines Füllstandssensors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit innenliegendem Halteelement.
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4A und 4B zeigen jeweils einen Ausschnitt eines Füllstandssensors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit einem separaten Halteelement.
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5 zeigt einen erfindungsgemäßen Füllstandssensor ohne Abdeckelement in einer Draufsicht.
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6 zeigt einen Teilbereich eines erfindungsgemäßen Füllstandssensors mit Sensorkontakten und Leiterbahnen.
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Die Zeichnungen sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Grundsätzlich sind identische oder ähnliche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Füllstandssensors 10 mit einer Grundplatte 12 und einem Abdeckelement 14, zwischen die eine elastische Dichtung 16 zwischengelagert ist. Zwischen der Grundplatte 12 und dem Abdeckelement 14 wird ein Innenraum 18 gebildet. Der Innenraum 18 ist vorgesehen, weitere Bauteile und Elemente des Füllstandssensors 10 aufzunehmen. Die Dichtung 16 kann beispielsweise zwischen die Grundplatte 12 und das Abdeckelement 14 gepresst sein. Ebenfalls möglich ist beispielsweise ein Verkleben oder Verklemmen der Dichtung 16 in dem Bereich zwischen der Grundplatte 12 und dem Abdeckelement 14.
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2 zeigt eine detailliertere Darstellung eines Füllstandssensors 10 mit einer Grundplatte 12, einem Abdeckelement 14 und einer elastischen Dichtung 16. In dem von dem Abdeckelement 14 und der elastischen Dichtung 16 gebildeten Innenraum 18 ist ein Halteelement 20 angeordnet. Das hier gezeigte Halteelement 20 ist in Form eines Ringes ausgebildet und ist aufgrund der Schnittdarstellung mit zwei Schnittflächen gezeigt. Das Halteelement 20 stützt sich am Abdeckelement 14 ab, um unter einer möglichen zusätzlichen Verpressung einen Anpressdruck auf ein Kontaktelement 22 in Richtung zur Grundplatte 12 auszuüben. Das Kontaktelement 22 ist dabei beispielsweise als dünnes Metallblech mit einem Haltekörper 24 an einer Unterseite des Halteelements 20 angeordnet und ragt mit einer magnetisierbaren Fingerstruktur 26 parallel zur Grundplatte 12 ab. Diese Fingerstruktur 26 ist derart ausgestaltet, dass sie beispielsweise durch magnetische Kräfte in Richtung einer elektrischen Widerstandsschicht 44 ausgelenkt werden kann und dadurch ein oder mehrere Finger der Fingerstruktur 26 die Widerstandsschicht 44 elektrisch kontaktieren. Zur besseren Kontaktierung des Haltekörpers 24 mit einer Kontaktfläche 28 der Grundplatte 12 ist ein Verbindungselement 30 vorgesehen. Das hier gezeigte Verbindungselement 30 ist in Form eines Ringes ausgebildet, dass ein Edelmetall auf seiner Oberfläche aufweist und in seiner Form und Größe mit der Form und Größe des Haltekörpers 24 und/oder des Halteelement 20 korrespondiert, um eine möglichst effektive Übertragung der Anpresskraft vom Halteelement 20 hin zur Kontaktfläche 28 der Grundplatte 12 zu erreichen. Durch eine Höhe des Verbindungselementes 30 wird ein definierter Abstand zwischen dem Kontaktelement 22 und der Kontaktfläche 28 geschaffen, der so gewählt werden kann, dass die Fingerstruktur 26 in einem für eine Auslenkung und elektrischen Kontaktierung geeigneten Abstand über der Widerstandsschicht 44 verläuft.
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Ein Kontaktbereich 32 beschreibt hier den für die elektrische Kontaktierung relevanten Bereich des Füllstandssensors 10.
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In 3 ist ein Ausführungsbeispiel einer elastischen Dichtung 16 eines Füllstandssensors 10 in verschiedenen Ansichten aus verschiedenen räumlichen Richtungen gezeigt. Die Dichtung 16 weist einen ersten Teilbereich 32 auf, der ringförmig umlaufend ausgebildet ist sowie einen zweiten Teilbereich 34 der Dichtung 16, der das Halteelement 20 aufweist und in einem Innenbereich des ringförmigen ersten Teilbereiches 32 angeordnet ist. Das Halteelement 20 im zweiten Teilbereich 34 ist einstückig mit dem ersten Teilbereich 32 der Dichtung 16 ausgebildet. Das Halteelement 20 ist durch Stege 36 mit dem ersten Teilbereich 32 verbunden. Ein Querschnitt des ringförmigen ersten Teilbereiches 32 kann im hier gezeigten Beispiel im Querschnitt eine sich trapezartig verjüngende Form aufweisen, was vorteilhafterweise Dichtungseigenschaften verbessern kann. Weiterhin weist der ringförmige erste Teilbereich 32 an einer Unterseite Eintiefungen 38 auf, die zur Verbesserung der Dichtungseigenschaften beitragen können.
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4A zeigt einen Ausschnitt aus einem Füllstandssensor 10 mit einer Grundplatte 12 und einer elastischen Dichtung 16, die ein Halteelement 20 aufweist, das ringförmig ausgestaltet ist. Zwischen der Grundplatte 12 und dem Halteelement 20 ist ein Haltekörper 24 eines Kontaktelements 22 angeordnet, der über ein Verbindungselement 30, das ebenfalls ringförmig ausgebildet ist, in elektrischem Kontakt mit einer Kontaktfläche 28 der Grundplatte 12 steht. Eine Kontaktfingerstruktur 26 des Kontaktelements 22 ist so angeordnet, dass deren Enden durch Auslenkung der Kontaktfinger jeweils eine Widerstandsschicht 44 kontaktieren können.
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In 4B ist zusätzlich ein Abdeckelement 14 dargestellt, das das Halteelement 20 in Richtung der Grundplatte 12 drückt und dabei eine elektrische Kontaktierung des Haltekörpers 24 des Kontaktelements 22 mit der Kontaktfläche 28 der Grundplatte 12 bewirkt. Das Abdeckelement 14 kann zusätzlich mit einem Stützbereich 40 zur Aufnahme und/oder Stabilisierung des Halteelements 20 dienen.
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5 zeigt einen Teilbereich eines erfindungsgemäßen Füllstandssensors 10 in einer Draufsicht ohne Abdeckelement. Auf einer Grundplatte 12 ist eine elastische Dichtung 16 angeordnet, die ein separates ringförmiges Halteelement 20 aufweist. In einem Innenbereich des ersten Teilbereiches 32 der Dichtung 16 ist ein Kontaktelement 22 mit einem Haltekörper 24 angeordnet. Eine Fingerstruktur 26 dient dazu, in Wechselwirkung mit einem magnetischen Geber (nicht gezeigt) bestimmte Kontaktfedern auszulenken und elektrische Verbindungen herzustellen und dabei in Abhängigkeit von einem Füllstand unterschiedliche elektrische Widerstandswerte mithilfe einer elektrischen Widerstandsschicht 44 an Sensorkontakten 42 bereitzustellen. Die Sensorkontakte 42 sind über Leiterbahnen 46 mit der Widerstandsschicht 44 bzw. mit dem Kontaktbereich 28 (siehe 2, 4A und 4B) der Grundplatte 12 verbunden. Diese elektrische Widerstandsschicht 44 kann beispielsweise eine Schicht aus entsprechendem Material sein, dass auf die Grundplatte 12 aufgetragen ist. Durch das magnetische Auslenken verschiedener Kontaktfedern der Fingerstruktur 26 kann ein Widerstandspfad verkürzt oder verlängert und dadurch der elektrische Widerstandswert beeinflusst werden, der an den Kontakten 42 abgegriffen werden kann.
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6 zeigt ein weiteres Beispiel eines Teilbereiches eines Füllstandssensors 10 mit einer Grundplatte 12, einer Widerstandsschicht 44 und einem Halteelement 20. Die restlichen Teile sind aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich in Umrissen angedeutet oder nicht dargestellt. Unter dem Halteelement 20 befindet sich die Kontaktfläche 28 der Grundplatte 12, die über eine Leiterbahn 46 mit einem Sensorkontakt 42 elektrisch verbunden ist. Ein weiterer Sensorkontakt 42 ist ebenfalls über eine Leiterbahn 46 mit der Widerstandsschicht 44 verbunden. Die weiter am Rand der Grundplatte 12 angeordneten Sensorkontakte 42 können einen besseren Zugang für eine elektrische Verbindung mit beispielsweise Anschlussleitern oder Kontakten externer Baugruppen ermöglichen. Um den Aufbau der Gesamtanordnung des Füllstandssensors 10 zu verdeutlichen, ist weiterhin ein über der Grundplatte 12 und über der Widerstandsschicht 44 angeordnetes Kontaktelement 22 mit einer Fingerstruktur 26 in gestrichelter Umrissdarstellung angedeutet.
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Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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