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Stand der Technik
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Aus der
DE 197 11 939 A1 ist ein Sensor zur Erfassung wenigstens der Temperatur eines strömenden Mediums bekannt, der als kombinierter Druck- und Temperatursensor ausgebildet ist und der ein Sensorgehäuseteil mit einem daran angeordneten Stutzenteil und einem an dem Stutzenteil ausgebildeten Käfig aufweist. Der Sensor kann an einer Leitung, in welcher das strömende Medium strömt, montiert werden, wobei das Stutzenteil in die Leitung eingeführt wird und der Käfig innerhalb der Leitung von dem strömenden Medium durchströmt werden kann. Der Sensor weist einen in dem Sensorgehäuseteil ausgebildeten Durchgangskanal auf, welcher zugleich auch als Druckzuführungskanal vorgesehen sein kann und welcher einen Innenraum des Sensorgehäuseteils mit einer an dem Stutzenteil ausgebildeten Außenöffnung verbindet. In den Durchgangskanal ist ein Temperatursensorelement eingesetzt, welches Anschlussdrähte und eine in den Käfig eingeführte Sensorpille aufweist. Endabschnitte der Anschlussdrähte sind in dem Sensorgehäuseteil mit Gegenkontakten elektrisch und mechanisch verbunden. Zur mechanischen Befestigung des Temperatursensorelementes in dem Stutzenteil wird ein federnder Clipsbügel als Befestigungsmittel verwandt, der zwischen der Sensorpille und den Endabschnitten angeordnet ist und die Anschlussdrähte gegen an dem Stutzenteil angeformte Klemmbacken anpresst und dadurch in ihrer Lage fixiert.
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Weiterhin ist aus der
DE 103 49 163 B4 ein ebenfalls als kombinierter Druck- und Temperatursensor ausgebildeter Sensor bekannt, bei welchem die Anschlussdrähte des Temperatursensorelementes mittels eines separaten Dämpfungselementes zur Schwingungsverringerung an der Innenwandung eines nicht der Druckzuführung dienenden Durchgangskanal festgelegt werden, wobei der Durchgangskanal hier durch das Dämpfungselement verschlossen wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Sensor zur Erfassung wenigstens der Temperatur eines strömenden Mediums mit einem Sensorgehäuseteil mit einem daran angeordneten Stutzenteil und einem an dem Stutzenteil ausgebildeten Käfig, welcher von dem strömenden Medium durchströmt werden kann, und mit einem in dem Sensorgehäuseteil ausgebildeten Durchgangskanal, welcher einen Innenraum des Sensorgehäuseteils mit einer an dem Stutzenteil ausgebildeten Außenöffnung verbindet, und mit einem in den Durchgangskanal eingesetztes Temperatursensorelement mit Anschlussdrähten und mit einer in den Käfig eingeführten Sensorpille, wobei Endabschnitten der Anschlussdrähte in dem Sensorgehäuseteil mit Gegenkontakten elektrisch und mechanisch verbunden sind, und mit zwischen Sensorpille und den Endabschnitten angeordneten Befestigungsmitteln zur Fixierung der Anschlussdrähte in dem Stutzenteil. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, an dem Stutzenteil des Sensors eine Durchführungsöffnung zum Einschieben der Sensorpille in den Käfig vorzusehen und die Befestigungsmittel für die Anschlussdrähte durch in die Innenwandung der Durchführungsöffnung eingelassene und parallel zu Längsabschnitten der Anschlussdrähte verlaufende Nuten zu bilden, wobei die Längsabschnitte der Anschlussdrähte an Befestigungsabschnitten mit geringem Spiel in die Nuten eingreifen und dadurch wenigsten im Bereich der Nuten in ihrer Lage relativ zu dem Stutzenteil fixiert sind.
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Vorteile der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht es vorteilhaft, das Temperatursensorelement in besonders einfacher und zugleich zuverlässiger Weise an dem Stutzenteil des Sensors zu montieren. Auf ein separates Befestigungsmittel wie einen einrastbaren Haltebügel oder ein separates Dämpfungselement kann dabei vorteilhaft verzichtet werden, da das Temperatursensorelement mit seinen Anschlussdrähten direkt an dem Stutzenteil fixiert werden kann. Vorteilhaft kann die Sensorpille trotz der Fixierung der Anschlussdrähte in den Nuten durch den Käfig vor Berührungen und Verunreinigungen geschützt sein, wobei um die Sensorpille herum freie Bereiche zur Vermeidung von Schmutzansammlungen oder Vereisungen bestehen, in denen das strömende Medium die Sensorpille umströmt. Vorteilhaft ist das Temperatursensorelement einerseits durch die mechanische Anbindung der Endabschnitte im Innenraum des Sensorgehäuseteils und andererseits an den Befestigungsabschnitten der Anschlussdrähte in dem Stutzenteil fixiert, wodurch ein freies Schwingen der Längsabschnitt der Anschlussdrähte in dem Durchgangskanal weitgehend unterdrückt wird. Die erfindungsgemäße Durchführungsöffnung weist einen etwas größeren Durchmesser als die Sensorpille auf, so dass die Sensorpille in einfacher Weise durch die Durchführungsöffnung in einer definierten Lage hindurchgeschoben werden kann. Gleichzeitig greifen dabei die Längsabschnitte der Anschlussdrähte in die Nuten ein, die an der Innenwandung der Durchführungsöffnung ausgebildet sind. Zwischen den Nuten und den darin angeordneten Befestigungsabschnitten der Anschlussdrähte besteht ein nur geringes Spiel, so dass die Befestigungsabschnitte zwar automatisch in die Nuten eingreifen können, jedoch an den Innenwänden der Nuten möglichst dicht anliegen. In den Nuten sind die Befestigungsabschnitte nur noch in der Richtung der Längsabschnitte verschiebbar, wobei in der Endlage der Sensorpille die Endabschnitte der Anschlussdrähte in die Gegenkontakte des Sensorgehäuseteils eingreifen und darin mechanisch festgelegt werden, so dass das Temperatursensorelement auch in der Richtung der Längsabschnitte fixiert ist. Die Nuten ermöglichen es dabei vorteilhaft, den Hebelarm, um den die Sensorpille in dem Käfig frei schwingen kann, stark zu reduzieren, ohne dass ein separat herzustellendes Befestigungsmittel in dem Stutzenteil montiert werden müsste.
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Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung werden durch die in den abhängigen Ansprüchen beschriebenen Merkmale ermöglicht.
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Vorteilhaft können die Nuten an sich diametral gegenüberliegenden Enden der Innenwandung der Durchführungsöffnung ausgebildet sein. Verfügt das Temperatursensorelement, wie oft üblich, nur über zwei Anschlussdrähte mit Längsabschnitten, die in einem Abstand voneinander angeordnet sind, so greifen diese Längsabschnitte mit an Befestigungsabschnitten automatisch in die Nuten ein, wenn der Abstand der Nuten dem Abstand der Befestigungsabschnitte der Anschlussdrähte entspricht. Die Erfindung ist aber nicht auf Temperatursensorelement mit nur zwei Anschlussdrähten beschränkt, sondern auch bei mehr als zwei Anschlussdrähten einsetzbar, wenn jedem Anschlussdraht eine Nut zugeordnet ist. Falls mehr als zwei Anschlussdrähte vorgesehen sind, müssen die dann mehr als zwei Nuten sich nicht diametral gegenüberliegen, sondern können gleichmäßig über den Umfang der Innenwandung verteilt sein.
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Vorteilhaft umfassen die Nuten, im Querschnitt senkrecht zu den Befestigungsabschnitten gesehen, die Befestigungsabschnitte derart, dass die Befestigungsabschnitte senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Nuten mit nur geringem Spiel beweglich sind. Beispielsweise können die Nuten im Querschnitt eine halbkreisförmige Innengeometrie aufweisen, in welchen der ebenfalls kreisförmige Querschnitt der Befestigungsabschnitte zur Hälfte anliegt.
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Das Temperatursensorelement kann beispielsweise in einfacher Weise ausgebildet werden, wobei sich an die Sensorpille ein gemeinsamer Anbindungsabschnitt von zwei Anschlussdrähten anschließt, in dem die beiden Anschlussdrähte zusammengeführt und mittig zu der Sensorpille ausgerichtet sind, und wobei die beiden Anschlussdrähte ausgehend von dem Anbindungsabschnitt zwei seitlich abspreizende Schenkel aufweisen, die in zwei zueinander parallel verlaufende Längsabschnitte übergehen. Hier ist vorteilhaft die Verwendung von gängigen NTC-Temperatursensorelementen mit biegbaren Anschlussdrähten möglich, deren Anschlussdrähte in eine entsprechende Form gebogen werden können.
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Vorteilhaft können die Befestigungsabschnitte der Anschlussdrähte näher an der Sensorpille angeordnet werden als an Biegestellen, an denen die Endabschnitten der Anschlussdrähte von den Längsabschnitten abgebogen sind. Dadurch wird der gemeinsame Anbindungsabschnitt und Schwingungsarm der Sensorpille möglichst kurz ausgebildet, so dass keine starken Auslenkungen der Sensorpille in dem strömenden Medium möglich sind. Zusätzlich kann der Auslenkungsweg der Sensorpille gegebenenfalls durch die Gestaltung des Käfigs noch weiter begrenzt werden, so dass in jedem Fall sichergestellt werden kann, dass die Befestigungsabschnitt der Anschlussdrähte bei einer durch das strömende Medium verursachten Bewegung der Sensorpille nicht aus den Nuten herausrutschen können.
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Besonders vorteilhaft können in dem Durchgangskanal und/oder der Durchführungsöffnung Führungskonturen zum Einführen der Sensorpille in den Käfig ausgebildet sind. Diese können beispielsweise rampenförmig und/oder trichterförmig mit glatten Gleitwänden ausgebildet sein und ermöglichen es, das Temperatursensorelement ohne zusätzliche Hilfsmittel in den Sensorstutzen einzuschieben, ohne dass sich die Sensorpille verklemmt oder die Anschlussdrähte unerwünscht verbiegen. Die Sensorpille gleitet vorteilhaft an den Führungskonturen entlang und gelangt passgenau durch die Durchführungsöffnung hindurch in den Käfig. Dabei wird die Sensorpille zugleich ausgerichtet, so dass die damit verbundenen Anschlussdrähte automatisch in die dafür vorgesehenen Nuten eingreifen können.
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Besonders vorteilhaft ist der Sensor als kombinierter Druck- und Temperatursensor ausgebildet, bei dem Durchgangskanal zugleich zur Druckzuführung eines im Gehäuseinnenraum angeordneten Drucksensorelementes dient.
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Vorteilhaft ist weiterhin ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Sensors bei dem das Temperatursensorelement in einfache Weise mit der Sensorpille voran vom Innenraum des Sensorgehäuses aus durch den Durchgangskanal und die Durchführungsöffnung bis zur Endlage der Sensorpille in dem Sensorkäfig eingeschoben wird, wobei die Sensorpille an in dem Durchgangskanal und/oder der Durchführungsöffnung ausgebildeten Führungskonturen entlanggleitet, bis die Befestigungsabschnitte der Anschlussdrähte in der vorbestimmten Endlage der Sensorpille automatisch in die Nuten eingreifen und wenigsten im Bereich der Nuten in ihrer Lage relativ zu dem Stutzenteil fixiert werden.
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Figurenliste
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Es zeigen:
- 1 eine Außenansicht eines Sensors, der als kombinierter Druck- und Temperatursensor ausgebildet ist,
- 2 ein Ausführungsbeispiel eines in den erfindungsgemäßen Sensor eingesetzten Temperatursensorelements,
- 3 einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Sensors entlang der Querschnittsebene V-V in 4 während der Einführen des Temperatursensorelementes,
- 4 einen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Sensor in einer Ebene senkrecht zu dem Querschnitt aus 3 und 5 mit einem Temperatursensorelement in der Endlage,
- 5 eine vergrößerte Detailansicht von 3 mit einem Temperatursensorelement in der Endlage,
- 6 eine Draufsicht durch die Querschnittsebene VI-VI in 5,
- 7 einen weiteren Querschnitt durch das Ausführungsbeispiel aus 4 entlang der Ebene VII-VII mit einem Temperatursensorelement in der Endlage.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt einen Sensor, der als kombinierter Druck- und Temperatursensor ausgebildet ist. Der Sensor 1 weist ein Sensorgehäuseteil 2 aus beispielsweise Kunststoff auf, das an den Außenmantel eines nicht dargestellten Leitungsstücks montiert werden kann, in dem ein strömendes Medium, wie beispielsweise Luft, strömt. Ein an dem Sensorgehäuseteil 2 ausgebildeter Steckanschluss 4 ermöglicht es, den Sensor beispielsweise mit einem Steuergerät in einem Kraftfahrzeug elektrisch zu verbinden. Auf das Sensorgehäuseteil 2 ist ein Deckelteil 3 aus vorzugsweise ebenfalls Kunststoff aufgesetzt. An der Unterseite des Sensorgehäuseteils 2 ist dieses einstückig mit einem Stutzenteil 6 versehen, das in die Leitung des Messmediums eingesetzt werden kann. Das Stutzenteil weist beispielsweise einen Dichtring 9 zum Abdichten gegen die Leitung auf. Weiterhin ist das Stutzenteil 6 an seinem in die Leitung einsetzbaren Ende mit einem Kä23 versehen, in dem die Sensorpille 100 eines Temperatursensorelementes 10 angeordnet ist.
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Die Erfindung ist nicht auf kombinierte Druck- und Temperatursensor beschränkt und kann ebenso bei Sensoren eingesetzt werden, die nur als Temperatursensoren eingesetzt werden.
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Ein Ausführungsbeispiel eines in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Sensor verwandten Temperatursensorelements ist in 2 dargestellt. Das Temperatursensorelement 10 weist beispielsweise eine tropfenförmige Sensorpille 100 auf, die vorzugsweise als NTC-Widerstand (negative temperature coefficient) ausgebildet sein kann. Die Sensorpille 100 kann mit wenigstens zwei Anschlussdrähten 11, 12 versehen sein. Diese Anschlussdrähte 11, 12 könenn in einem gemeinsamen Anbindungsabschnitt 13 zusammengefasst beispielswiese mit der Spitze der tropfenförmigen Sensorpille 100 verbunden sein, so dass der Anbindungsabschnitt 13 vorzugsweise mittig zur Symmetrieachse der tropfenförmigen Sensorpille 100 ausgebildet ist. An dem von der Sensorpille 100 abgewandten Ende des Anbindungsabschnitts 13 weisen die Anschlussdrähte 11, 12 zwei seitlich in entgegengesetzten Richtungen ausspreizende Schenkel 115, 125 auf, an die sich zueinander parallel verlaufende Längsabschnitte 113, 123 anschließen. Von den Längsabschnitten 113, 123 sind an zwei Biegestellen 111, 121 zwei Endabschnitte 114, 124 vorzugsweise rechtwinklig umgebogen. Die Endabschnitte 114, 124 weisen abisolierte Enden 112, 122 zur elektrischen und mechanischen Verbindung mit Gegenkontakten in dem Sensorgehäuseteil 2 auf.
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3 zeigt einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Sensors während des Einführens des Temperatursensorelementes 10 aus 2. Das Sensorgehäuseteil 2 weist einen Innenraum 5 auf, indem ein nicht dargestellter Elektronikträger eingesetzt werden kann, der beispielsweise mit einem Drucksensor bestückt sein kann. Der Elektronikträger kann mit den Anschlusskontakten 41 des Steckerteils 4 beispielsweise über Bonddrähte kontaktiert werden. Das Sensorgehäuseteil 2 weist eine Aufnahmeöffnung 7 auf, die von einer in den Kunststoff des Sensorgehäuseteils 2 eingespritzten Metallhülse 8 umgeben ist, welcher der Aufnahme eines schraubbaren Befestigungsmittels zur Befestigung des Sensorgehäuseteils 2 an der Leitung dient. Der Innenraum 5 des Sensorgehäuseteils ist über einen Durchgangskanal 20 mit einer an dem Stutzenteil ausgebildeten Außenöffnung 27 versehen. Der Durchgangskanal 20 kann zur Druckzuführung des Mediumdrucks zu einem nicht dargestellten, im Innenraum 5 des Sensorgehäuseteils 2 angeordneten Drucksensor dienen.
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Wie in 3 gut zu erkennen ist, weist der Durchgangskanal 20 eine rampenförmige Führungskontur 21 auf. Beim Einführen des Temperatursensorelementes 10 (in 3 von oben nach unten) gelangt die Sensorpille 100 an der rampenförmigen Führungskontur 21 zur Anlage und gleitet in ihr weiter nach unten, bis die Sensorpille 100 aus der Außenöffnung 27 hinausgeschoben wird.
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Unterhalb der Außenöffnung 27 des Durchgangskanals 20 befindet sich beispielsweise ein Quersteg 26, der durch einen Luftspalt 25 von der Außenöffnung 27 beabstandet ist, wie am besten in 5 zu erkennen ist. Die aus der Außenöffnung 27 in den Luftspalt 25 hinausgeschobene Sensorpille 100 bewegt sich beim weiteren Einschieben des Temperatursensorelementes 10 auf den Quersteg 26 zu. Der Quersteg 26 weist eine Durchführungsöffnung 24 auf, deren Randbereich mit einer trichterförmigen Führungskontur 22 ausgebildet ist. Die Sensorpille 100 gleitet beim weiteren Einschieben entlang der trichterförmige Führungskontur 22 durch die Durchführungsöffnung 24 hindurch, bis sie ihre Endlage in dem Kä23 erreicht. Der Käfig weist neben dem Quersteg 26 noch Querstreben 231, 232, 233 auf, die an dem Stutzenteil 6 angeformt sind. Der Luftspalt 25 zwischen der Außenöffnung 27 und dem Quersteg 26, welcher von den Anschlussdrähten 11, 12 überbrückt wird, bildet dabei einen Freiraum, in dem das strömende Medium die Längsabschnitte 113, 123 der Anschlussdrähte umströmt. Abweichend von dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel kann die Durchführungsöffnung aber beispielsweise auch direkt an der Außenöffnung 27 des Durchgangskanals 20 angeordnet sein und der Luftspalt 25 entfallen.
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Wie man in 3 und 5 gut erkennen kann, ist die rampenförmige Führungskontur 21 so ausgebildet, dass die Sensorpille 100 beim Einschieben direkt auf die trichterförmige Führungskontur 22 ausgerichtet wird. Durch die trichterförmige Führungskontur 22 gelangt die Sensorpille 100 wiederum problemlos durch die Durchführungsöffnung 24, deren Querschnitt einen Durchmesser aufweist, der etwas größer als der Außendurchmesser der Sensorpille 100 ist, wie man am besten in 6 erkennen kann.
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In die Innenwandung der Durchführungsöffnung 24 sind beispielswiese zwei Nuten 201, 202 eingelassen. Die Nuten 201, 202 verlaufen parallel zu den Längsabschnitten 113, 123 der Anschlussdrähte 11, 12. Bedingt durch die genau Ausrichtung der an den Führungskonturen 21, 22 entlanggleitenden Sensorpille 100 greifen die Längsabschnitte 113, 123 der Anschlussdrähte 11, 12 an Befestigungsabschnitten 116, 126 mit geringem Spiel in die Nuten 201, 202 ein. Dieser Zustand ist in 6 gut zu erkennen. Man erkennt, dass die Nuten 201, 202 die Befestigungsabschnitte 116, 126 im Querschnitt derart umfassen, dass die Befestigungsabschnitte 116, 126 senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Nuten 101, 102 in der Ebene von 6 nur mit geringem Spiel beweglich sind. Jeder Befestigungsabschnitt 116, 126 ist grundsätzlich in 6 in den Nuten 201, 202 nur entlang einer gedachten Verbindungslinie zwischen den Nuten 201, 202 verschiebbar. Die Spreizung der Längsabschnitte 113, 123 mittels der Schenkel 115, 125 stellt dabei in Verbindung mit der Eigenspannung der Anschlussdrähte 11, 12 sicher, dass sich die Befestigungsabschnitte 116, 126 in der Endlage der Sensorpille 100 nicht aufeinander zu bewegen können. Die Befestigungsabschnitte 116, 126 sind daher in den Nuten 201, 202 nur entlang der Einführungsrichtung der Sensorpille 100 verschiebbar, sobald die Befestigungsabschnitte 116, 126 in die Nuten 201, 202 eingreifen.
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Wie in 4 zu erkennen ist, gelangen in der Endlage des Temperatursensorelementes 10 die Endabschnitte 114, 124 der Anschlussdrähte 11, 12 mit ihren abisolierten Enden 112, 122 in die an dem Sensorgehäuseteil 2 angeordneten Gegenkontakte 203, 204, wodurch das Temperatursensorelement 10 nicht länger in der Einführungsrichtung verschiebbar ist. In dieser Endlage werden die abisolierten Enden 112, 122 mit den elektrischen Gegenkontakten durch eine Klemmverbindung, Schweißverbindung oder Verlötung mechanisch fixiert. Die Längsabschnitte 113, 123 sind nun nicht mehr länger in der Einführungsrichtung entlang ihrer Achsen verschiebbar. In der Endlage wird das Temperatursensorelement 10 daher an zwei Befestigungsstellen festgelegt. Durch die Befestigung der Endabschnitte 114, 124 an den Gegenkontakten und durch die Fixierung der Befestigungsabschnitte 116, 126 in den Nuten 201, 202 wird einerseits erreicht, dass die Längsabschnitte 113, 123 der Anschlussdrähte 11, 12 in dem Durchgangskanal 20 nicht frei schwingen können, andererseits wird erreicht, dass die Sensorpille 100 nur über die kurze Länge des Anbindungsabschnitts 13 und der Schenkel 115, 125 mit den Befestigungsabschnitten 116, 126 verbunden ist und daher vorteilhaft nur um einen kurzen Schwenkarm auslenkbar ist. Wie in 4 weiterhin zu erkennen ist, sind die Befestigungsabschnitte 116, 126 der Anschlussdrähte 11, 12 deutlich näher an der Sensorpille 100 als an den Biegestellen 111, 121 angeordnet, so dass die Längsabschnitte 113, 123 zwischen den beiden Befestigungsstellen quasi eingespannt sind.
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Wie in 4 zu erkennen ist, liegen in der Endlage des Temperatursensorelementes 10 die beiden Querstreben 231, 232 in der Strömungsrichtung des Mediums betrachtet hinter der Sensorpille. Die strömungsaufwärts vor der Sensorpille 100 befindliche dritte Querstrebe 233 ist relativ schmal ausgeführt, so dass die Sensorpille 100 und die Anschlussdrähte von dem strömenden Medium gut umströmt und von den Querstreben kaum abgeschirmt werden, wodurch ein schnell ansprechendes Temperatursignal des Temperatursensorelementes 10 erreicht wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19711939 A1 [0001]
- DE 10349163 B4 [0002]
