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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ventileinrichtung für ein Medium, wobei die Ventileinrichtung einen in einer Führung eines Ventilkörpers axial verschiebbaren Ankerbolzen sowie ein mit dem Ankerbolzen zusammenwirkendes Ventilschließelement aufweist, das in einen Ventilsitz einwirkt, und wobei der Ankerbolzen auf seinem dem Ventilschließelement abgewandten Ende mit einer Magnetbaugruppe zusammenwirkt.
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Stand der Technik
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Eine derartige Ventileinrichtung ist aus der
DE 10 2013 200 634 A1 bekannt. Diese Ventileinrichtung ist als Druckregelventil zur Druckregelung in einem Kraftstoff-Hochdruckspeicher einer Brennkraftmaschine ausgelegt. Dabei umfasst die Ventileinrichtung einen in einer Führung eines Ventilkörpers axial verschiebbaren mit einem Ventilschließelement in Richtung eines Ventilsitzes einwirkenden Ankerbolzen auf, der an seinem dem Ventilschließelement abgewandten Ende mit einer Magnetbaugruppe zur Betätigung der Ventileinrichtung zusammenwirkt. Das Ventilschließelement ist bolzenförmig ausgebildet und weist an seinem dem Ventilsitz zugewandten Ende wenigstens einen kegelförmigen Abschnitt auf.
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Aus der
DE 10 2012 218 643 A1 ist eine weitere Ventileinrichtung für einen Hochdruckspeicher eines Kraftstoffeinspritzsystems bekannt, wobei die Ventileinrichtung ebenfalls als Druckregelventil ausgebildet ist und an einem Ende des röhrenförmig ausgebildeten Hochdruckspeichers angeordnet ist. An dem gegenüberliegenden Ende des Hochdruckspeichers ist eine Druckmesseinrichtung zur Erfassung eines Kraftstoffdrucks in dem Hochdruckspeicher als eigenständiges Bauteil angeordnet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Ventileinrichtung anzugeben, die eine weitere Funktion umfasst.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Ventileinrichtung eine Druckmesseinrichtung zur Erfassung eines Drucks des Mediums aufweist. Bei bislang bekannten Konzepten für insbesondere Kraftstoffeinspritzsysteme werden zwei gesonderte Komponenten für die Erfassung eines Drucks des Mediums, nämlich Kraftstoff, und die Steuerung des Drucks des Mediums in einem grundsätzlich beliebigen Bauteil des Kraftstoffeinspritzsystems verwendet. Die Integration der Druckmesseinrichtung in die Ventileinrichtung bietet die Möglichkeit einer Vereinfachung des Systems und durch die Verringerung der Anzahl der Bauteile ein Potenzial zur Kosteneinsparung. Dabei werden in der Ventileinrichtung die Funktion Druckmesseinrichtung und Druckregeleinrichtung zusammengefasst. Diese Ausgestaltung verringert den notwendigen Platzbedarf durch den Entfall einer bisher eigenständigen Komponente, wobei darüber hinaus die Möglichkeit besteht, die erfindungsgemäß ausgebildete Ventileinrichtung an einem beliebigen Ort des entsprechenden Gesamtsystems anzubauen. Zudem kann auch eine Verbindung beispielsweise mittels eines Kabelstrangs oder Kabelbaums zwischen der Magnetbaugruppe, der Druckmesseinrichtung und einem Steuergerät vereinfacht werden, indem die notwendigen Verbindungen in einem Kabelstang oder Kabelbaum zusammengefasst werden. Dadurch kann insgesamt die Montage und eine durchzuführende Prüfung des Gesamtsystems verbessert beziehungsweise vereinfacht werden.
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In Weiterbildung der Erfindung umfasst die Druckmesseinrichtung eine Membran, einen Lichtleiter und eine Auswerteinrichtung. Diese Ausgestaltung der Druckmesseinrichtung bietet gegenüber beispielsweise einer Ausgestaltung der Druckmesseinrichtung als elektrische Messbrücke den Vorteil, dass das an der Membran aufgenommene Messsignal problemlos über den Lichtleiter auch über eine weite Strecke verlustfrei zu der Auswerteeinrichtung übertragen werden kann. Dadurch ist die Möglichkeit geschaffen, die Auswerteeinrichtung an einen Ort zu verlegen, der die Funktion der Auswerteeinrichtung nicht beeinträchtigt. Beispielsweise können im Bereich der Membran hohe Temperaturschwankungen oder Erschütterungen auftreten, die die Funktion und gegebenenfalls die Dauerhaltbarkeit der Auswerteeinrichtung beeinträchtigen könnten.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wirkt die Membran auf der dem Lichtleiter gegenüberliegenden Membranseite mit einer mediumführenden Leitung zusammen. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine direkte und verlustfreie Detektierung einer Druckänderung des in der Leitung geführten Mediums, beispielsweise des Kraftstoffs. Dabei erfolgt durch die Druckänderung eine Verformung der Membran, die von der Druckmesseinrichtung ermittelt wird. Dazu wird von der Auswerteeinrichtung ein Lichtsignal erzeugt, das über den Lichtleiter zu der Membran geleitet wird. An der Membran wird das Lichtsignal reflektiert und über denselben oder einem weiteren Lichtleiter an die Auswerteeinrichtung zurück geleitet. Durch die Verformung der Membran erfolgt eine Intensitätsänderung des reflektierten Lichtsignals, die von der Auswerteeinrichtung ermittelt wird und in ein Drucksignal umgewandelt, beispielsweise umgerechnet wird.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Membran im Bereich zwischen einem den Ventilsitz bildenden Ventilsitzkörper und dem Ventilkörper angeordnet. Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, da der Ventilsitzkörper und der Ventilkörper, die grundsätzlich ein einteiliges Bauteil sein können, in der Regel aber aus zwei getrennten Bauteilen bestehen und in einfacher Weise zur Aufnahme oder auch zur Ausbildung der Membran ausgebildet sein können. Hierauf wird nachfolgend noch genauer eingegangen. Die Anordnung der Membran in diesem Bereich bietet aber den grundsätzlichen Vorteil einer einfachen Zuführung des Mediums zu der Membran, indem beispielsweise die Leitung als kurze Stichleitung in den Ventilkörper eingearbeitet wird und zwar derart, dass die Leitung gegenüberliegend zu der Membran in dem Ventilsitzkörper angrenzend an den mediumführenden Bereich des Systems mündet.
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In Weiterbildung der Erfindung ist die Membran eine zwischen dem Ventilsitzkörper und dem Ventilkörper eingepresste oder gegebenenfalls auch eingespannte Metallmembran. Das Einpressen oder die Einspannung der Metallmembran in diesem Bereich ist problemlos möglich, wobei die Metallmembran beispielsweise in eine entsprechend ausgebildete Ringausnehmung umgebend die mediumführende Leitung in dem Ventilsitzkörper flüssigkeitsdicht eingesetzt werden kann und von dem Ventilkörper zuverlässig in dieser Ringausnehmung gehalten wird. Es ist aber auch möglich die Membran dadurch zu bilden, dass die Leitung als Stichleitung bis nahezu der Kontaktfläche zwischen dem Ventilsitzkörper und dem Ventilkörper ausgebildet ist und ein verbleibender Wandabschnitt des Ventilsitzkörpers die Membran bildet.
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In Weiterbildung der Erfindung ist der Lichtleiter ein faseroptischer Lichtleiter. Dies ist eine bevorzugte Ausgestaltung, wobei solche faseroptischen Lichtleiter in verschiedenen Ausführungen zur Verfügung stehen und somit auf vorhandene Bauteile zurückgegriffen werden kann. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Lichtleiter in dem Ventilkörper zumindest angenähert parallel zu der Führung angeordnet. Dazu ist beispielsweise in dem Ventilkörper eine Bohrung angebracht, in die der Lichtleiter eingesetzt wird. Diese Bohrung kann problemlos beispielsweise zusammen mit der Fertigung der Führung für den Ankerbolzen in den Ventilkörper eingearbeitet werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Lichtleiter durch die Magnetbaugruppe hindurchgeführt. Dazu kann die Magnetbaugruppe, beispielsweise ein Anker der Magnetbaugruppe mit einer entsprechenden Durchführung versehen sein, durch die der Lichtleiter hindurch geführt wird. Diese Ausgestaltung ermöglicht die Anordnung der Auswerteeinrichtung auf der gegenüberliegenden Seite der Magnetbaugruppe zu dem Ankerbolzen. In diesem Bereich ist die Auswerteeinrichtung geschützt beispielsweise vor hohen Temperaturen oder Erschütterungen, die im Bereich des Ventilsitzes auftreten können. Alternativ bietet sich die Möglichkeit, den Lichtleiter mit elektrischen Steuerleitungen für die Magnetbaugruppe zu einem gemeinsamen Kabelstang oder Kabelbaum zusammen zu fassen und zu einer entfernt angeordneten Auswerteeinrichtung bzw. einem Steuergerät zur Betätigung der Magneteinrichtung zu führen. Dabei ist es im Rahmen der Erfindung aber alternativ auch vorgesehen, den Lichtleiter auf der zu dem Ankerbolzen weisenden Seite der Magnetbaugruppe aus dem Ventilkörper herauszuführen. Diese Ausgestaltung bietet sich insbesondere dann an, wenn auch in diesem Bereich die elektrische Kontaktierung der Magneteinrichtung herausgeführt ist.
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In Weiterbildung der Erfindung ist die Auswerteeinrichtung in das Steuergerät zur Betätigung der Magneteinrichtung integriert. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass damit eine Steuereinrichtung für die Ventileinrichtung geschaffen ist, die das Steuergerät und die Auswerteeinrichtung umfasst. Dabei kann die Auswerteeinrichtung in das Steuergerät eingebaut sein und die Auswerteeinrichtung über eine optische Steckverbindung mit dem Lichtleiter beispielsweise im Bereich elektrischer Steckverbindungen des Steuergeräts verbunden sein.
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Alternativ kann aber auch vorgesehen sein, die Auswerteeinrichtung in einem Stecker des Steuergeräts zu integrieren, um standarisierte elektrische Steckverbindungen zu nutzen.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben sind.
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Es zeigen:
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1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Ventileinrichtung in einer ersten Ausführungsform,
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2 einen schematischen Längsschnitt durch eine Ventileinrichtung in einer zweiten Ausführungsform,
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3 einen teilweisen Längsschnitt durch eine Ventileinrichtung in einer dritten Ausführungsform,
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4 einen teilweisen Längsschnitt durch eine Ventileinrichtung in einer vierten Ausführungsform,
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5 einen teilweisen Längsschnitt durch eine Ventileinrichtung in einer fünften Ausführungsform,
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6 einen Längsschnitt durch ein Steuergerät einer Ventileinrichtung mit einer in das Steuergerät eingebauten Auswerteeinrichtung und
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7 einen Längsschnitt durch ein Steuergerät einer Ventileinrichtung mit einem in einen Stecker des Steuergeräts integrierten Auswerteeinrichtung.
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1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Ventileinrichtung, die als Druckregelventileinrichtung 1 zum Anbau an einen Hochdruckspeicher 2 eines Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystems angebaut ist. In dem Hochdruckspeicher 2 wird Kraftstoff unter einem Druck bis zu 3000 bar gespeichert, der aus dem Innenraum des Hochdruckspeichers 2 von mit dem Hochdruckspeicher 2 verbundenen Kraftstoffinjektoren zur Einspritzung in zugeordnete Brennräume einer Brennkraftmaschine entnommen werden kann. Der Hochdruckspeicher 2 weist eine endseitige Ausnehmung 3 auf, die mit dem kraftstoffführenden Innenraum 4 des Hochdruckspeichers 2 zusammenwirkt. In diese Ausnehmung 3 ist ein Teil der Druckregelventileinrichtung 1 abgedichtet über einen Runddichtring 5 eingesetzt und mittels einer Überwurfmutter 6, die beispielsweise als Stopfbuchsenmutter ausbildet ist, an dem Hochdruckspeicher 2 befestigt.
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Die Druckregelventileinrichtung 1 weist einen im Wesentlichen in die Ausnehmung 3 hineinragenden Ventilkörper 7 und angrenzend an den Innenraum 4 einen mit dem Ventilkörper 7 zusammenwirkenden Ventilsitzkörper 8 auf. In den Ventilkörper 7 ist eine Führung 9 für einen Ankerbolzen 10 eingelassen, der im Bereich des Ventilsitzkörpers ein Ventilschließelement 11 beispielsweise in Form einer einstückig mit dem Ankerbolzen 10 ausgebildeten Ankerbolzenspitze aufweist. Das Ventilschließelement 11 bzw. die Ankerbolzenspitze wirkt auf einen in dem Ventilsitzkörper 8 eingelassenen Ventilsitz 12 ein. Wird das Ventilschließelement 11 bis zur Anlage in den Ventilsitz 12 durch Verstellung des Ankerbolzens 10 in der Führung 9 verschoben, ist eine Strömungsverbindung von dem Innenraum 4 des Hochdruckspeichers 2 durch eine in den Ventilsitz 12 einmündenden Kanal 13 zu einem Abführkanal 14, der quer zu dem Kanal 13 auf der gegenüberliegenden Seite des Ventilsitzes 12 zu dem Kanal 13 in den Ventilsitzkörper 8 eingelassen ist, unterbunden. Der Abführkanal 14 ist durch eine seitliche Öffnung in dem Hochdruckspeicher 2 mit einer Abführleitung 15 verbunden. Die Abführleitung 15 mündet beispielsweise in einen Kraftstofftank des Common-Rail-Einspritzsystems. Ist das Ventilschließelement 11 durch eine axiale Verstellung des Ankerbolzens 10 aus dem Ventilsitz 12 hinaus bewegt, ist eine Strömungsverbindung von dem Innenraum 4 durch den Kanal 13 zu der Abführleitung 15 freigegeben. In diesem Fall wird in dem Hochdruckspeicher 2 befindlicher Kraftstoff in die Abführleitung 15 abgeführt und dadurch der Kraftstoffdruck in dem Innenraum 4 reduziert.
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Die axiale Bewegung des Ankerbolzens 10 wird von einer Magnetbaugruppe 16 bewirkt, die als wesentliche Bauteile einen mit dem Ankerbolzen 10 verbundenen Anker 17 und eine bei einer Bestromung ein Magnetfeld aufbauende Spule 18 aufweist. Die Magnetbaugruppe 16 ist im Wesentlichen in ein Gehäuseteil 19 der Druckregelventileinrichtung 1 eingesetzt, wobei das Gehäuseteil 19 einstückig mit dem Ventilkörper 7 ausgebildet oder aber als separates Bauteil in geeigneter Weise mit dem Ventilkörper 7 verbunden sein kann. Das Gehäuseteil 19 ist außerhalb der Ausnehmung 3 des Hochdruckspeichers 2 angeordnet und weist im Ausführungsbeispiel einen geringfügig größeren Außendurchmesser als der Hochdruckspeicher 2 auf. Das Gehäuseteil 19 ist auf der zu der Spule 18 gegenüberliegenden Seite des Ankers 17 von einem Gehäusedeckel 20 verschlossen, der ebenso wie der korrespondierende Bereich des Gehäuseteils 19 von einer Schutzkappe 21 umfasst ist. Die Schutzkappe 21 weist einen seitlichen Steckanschluss 22 auf, der nachfolgend noch erläuterte Steckkontakte 23 beinhaltet, die mit der Spule 18 verbunden sind.
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Zur Erfassung eines Kraftstoffdrucks in dem Innenraum 4 des Hochdruckspeichers 2 weist die Ventileinrichtung eine Druckmesseinrichtung auf, die im Wesentlichen aus einer Membran 24, einem Lichtleiter 25 und einer Auswerteeinrichtung 26 besteht. Die Membran 24 ist beispielsweise als Metallmembran ausgebildet und beispielsweise zwischen dem Ventilsitzkörper 8 und dem Ventilkörper 7 verpresst, eingespannt oder in sonstiger Weise gehalten. Um den in dem Innenraum 4 des Hochdruckspeichers 2 befindlichen Kraftstoff zu der Membran 24 zu führen, ist in den Ventilsitzkörper 8 eine kraftstoffführende Leitung 27 eingelassen. Somit bewirkt eine Änderung des Kraftstoffdrucks in dem Innenraum 4 des Hochdruckspeichers 2 eine Verformung der Membran 24 im Bereich angrenzend zu dem Lichtleiter 25. Dadurch wird eine Intensitätsänderung eines Lichtsignals, das von der Auswerteeinrichtung 26 durch den Lichtleiter 25 zu der Membran 24 zugeführt wird, erreicht. Die Intensitätsänderung wird durch eine Änderung der durch die Verformung der Membran 24 hervorgerufenen Reflektion des Lichtsignals bewirkt, wobei das geänderte Lichtsignal wiederum durch den Lichtleiter 25 der Auswerteeinrichtung 26 zugeführt wird. Dieses geänderte Lichtsignal wird in Bezug zu dem ursprünglichen Lichtsignal von der Auswerteeinrichtung in ein Drucksignal umgerechnet, wobei dieses Drucksignal beispielsweise zur Ansteuerung der Magnetbaugruppe 16 von einem nachfolgend bei der Beschreibung zu 2 noch erläuterten Steuergerät 28 ausgewertet wird. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist die Auswerteeinrichtung 26 in die Schutzkappe 21 benachbart zu dem Gehäusedeckel 20 eingebaut. Die Auswerteeinrichtung 26 liefert ein elektrisches Signal, dass über zumindest eine Signalleitung 29 ebenfalls zu dem Steckanschluss 22 geführt wird. Zur Kontaktierung mit einem nicht dargestellten Kabelstrang, der die Ventileinrichtung mit dem Steuergerät 28 verbindet, ist die Signalleitung 29 in dem Steckanschluss 22 mit einem Steckkontakt 23a verbunden.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß 2 unterscheidet sich von dem der 1 nur dadurch, dass die Auswerteeinrichtung 26 außerhalb der Schutzkappe 21 der Druckregelventileinrichtung 1 in oder an dem Steuergerät 28 angeordnet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Lichtleiter 25 einstückig oder mehrstückig durch die Schutzkappe 21 und den Steckanschluss 22 bis zu der Auswerteeinnrichtung 26 an oder in dem Steuergerät 28 geführt. Der Lichtleiter 25 kann in den auch hier nicht dargestellten Kabelstrang integriert sein oder aber separat zu diesem verlegt sein.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß 3 entspricht im Wesentlichen dem der 2, wobei hier der Anker 17 als Tauchanker ausgeführt ist. Der Steckanschluss 22 weist wiederum mit der Spule 18 verbundene Steckkontakte 23 auf, während der Lichtleiter 25 direkt durch den Steckanschluss 22 bis zu dem Steuergerät 28 geführt ist. Denkbar ist aber auch den Lichtleiter 25 in dem Steckanschluss 22 zu trennen und mittels einer geeigneten Kupplungseinrichtung zu verbinden.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß 4 entspricht ebenfalls im Wesentlichen dem der 1, wobei hier wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 der Anker 17 als Tauchanker ausgebildet ist. Die Auswerteeinrichtung 26 ist bei diesem Ausführungsbeispiel ähnlich zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 in die Schutzkappe 21 angrenzend an den Gehäusedeckel 20 Die Auswerteeinrichtung 26 ist wiederum über die Signalleitungen 29 mit den Steckkontakten 23a in dem Steckanschluss 22 verbunden.
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Bei dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein seitlich an dem Ventilkörper 7 angeordneter Steckanschluss 22 vorgesehen, der die Steckkontakte 23 für die Spule 18 und den direkt oder indirekt zu dem Steuergerät 28 geführten Lichtleiter 25 beinhaltet. Der Steckanschluss 22 ist in diesem Ausführungsbeispiel beispielsweise in das Gehäuseteil 19, das die Magnetbaugruppe 16 aufnimmt, integriert.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß 6 zeigt eine Detailansicht des Steuergeräts 28 mit der in dem Steuergerät 28 angeordneten und integrierten Auswerteeinrichtung 26. Das Steuergerät 28 weist einen analog zu dem Steckanschluss 22 ausgebildeten Stecker 30 auf, der elektrische Steckverbindungen 31 analog zu den Steckkontakten 23 beinhaltet. Der Stecker 30 und die Steckverbindungen 31 sind wiederum mit dem Kabelstrang verbunden. Zusätzlich ist in den Stecker 30 eine optische Steckverbindung 31a für den Lichtleiter 25 integriert.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 7 ist die Auswerteeinrichtung 26 in das Gegenstück des Kabelbaums zu dem Stecker 30 integriert. Dadurch kann der Stecker 30 des Steuergeräts 28 als elektrischer Stecker 30 unverändert bei einer entsprechenden Bereitstellung einer Anzahl von elektrischen Steckverbindungen 31 ausgestaltet sein. Abschließend wird darauf hingewiesen, dass im Rahmen der Erfindung beliebige Ausgestaltungsdetails der beschriebenen Ausführungsbeispiele miteinander und untereinander kombiniert sein können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013200634 A1 [0002]
- DE 102012218643 A1 [0003]
