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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur längsendseitigen Abdichtung einer Sensorelektrode, die in einem Vorfertigungszustand eine elektrische Leiteranordnung, sowie eine die elektrische Leiteranordnung umgebende, längsendseitig offene Ummantelung umfasst. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Sensorelektrode, die verfahrensgemäß abgedichtet ist, sowie auf einen kapazitiven Näherungssensor, der die Sensorelektrode umfasst.
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Kapazitive Näherungssensoren werden häufig bei Kraftfahrzeugen eingesetzt, um im Rahmen eines Kollisions- oder Einklemmschutzsystems Hindernisse zu erkennen, die der Bewegung eines verstellbaren Fahrzeugteils (beispielsweise einer absenkbaren Fensterscheibe) entgegenstehen. Alternativ werden kapazitive Näherungssensoren in Kraftfahrzeugen auch zur berührungslosen Erkennung eines Bedienbefehls eines Fahrzeugnutzers eingesetzt.
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Ein solcher Näherungssensor weist üblicherweise eine Elektrodenanordnung auf, die eine oder mehrere Sensorelektroden umfasst. Weiterhin umfasst ein solcher Näherungssensor üblicherweise eine Steuereinheit, die die Elektrodenanordnung messtechnisch ansteuert.
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Als Sensorelektroden für kapazitive Sensoren, wie sie derzeit in der Kraftfahrzeugtechnik eingesetzt werden, werden häufig langgestreckte Sensorelektroden eingesetzt. Um derartige Sensorelektroden kostengünstig herzustellen, wird mitunter ein als Meterware vorliegender isolierter elektrischer Leiter auf die gewünschte Länge der Sensorelektrode zugeschnitten. Zur Herstellung von Sensorelektroden kommen dabei beispielsweise herkömmliche Mantelleitungen oder Bowdenzughüllen in Frage, die als Meterware kommerziell zur Verfügung stehen. Beim Zuschnitt der Meterware tritt jedoch das Problem auf, dass das zugeschnittene Elektrodenstück an beiden Längsenden offen ist. Die Schnittstellen des elektrischen Leiters liegen somit stirnseitig ohne schützende Isolierung frei.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte und teils für sich erfinderische Ausgestaltungsformen und Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die längsendseitige Abdichtung einer Sensorelektrode, die eine elektrische Leiteranordnung, sowie eine die elektrische Leiteranordnung umgebende Ummantelung umfasst, mit vergleichsweise einfachen Mitteln aber dennoch effektiv zu ermöglichen.
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Das Verfahren geht aus von einer länglichen Sensorelektrode in einem Vorfertigungszustand, die eine längliche elektrische Leiteranordnung, sowie eine die elektrische Leiteranordnung umfänglich umgebende, elektrisch isolierende, Ummantelung umfasst. Im Vorfertigungszustand ist die Sensorelektrode (d.h. konkret deren Ummantelung) stirnseitig bzw. längsendseitig offen. Typischerweise schließen die Leiteranordnung und die Ummantelung an beiden Längsenden in etwa bündig miteinander ab.
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Verfahrensgemäß wird zur längsendseitigen Abdichtung der länglichen Sensorelektrode die Ummantelung in Längsrichtung der Sensorelektrode gegenüber der Leiteranordnung verschoben oder (in Längsrichtung der Leiteranordnung) gedehnt, so dass die Ummantelung an einem Längsende um einen Überstand über die Leiteranordnung hinausragt. Erfindungsgemäß wird die Ummantelung unter Verwendung dieses Überstands abdichtend verschlossen.
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Vorteilhafterweise wird dabei der von der Ummantelung eingefasste Innenraum, und somit die im Innenraum angeordnete elektrische Leiteranordnung an dem Längsende mit besonders einfachen Mitteln sicher gegen eindringende Feuchtigkeit und eindringenden Schmutz geschützt. Die verfahrensgemäß abgedichtete Sensorelektrode kann hierdurch besonders ausfallsicher und zuverlässig ohne Funktionsbeeinträchtigung betrieben werden. Die Sensorelektrode, sowie ein die Sensorelektrode umfassender kapazitiver Näherungssensor, zeichnen sich vorteilhaft durch eine hohe Lebensdauer bei vergleichsweise kostengünstiger Herstellung aus.
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Prinzipiell ist es im Rahmen der Erfindung denkbar, dass die Ummantelung durch Einsetzen eines „Stöpsels“ oder dergleichen in den nach dem Verschieben oder Dehnen der Ummantelung gebildeten Überstand verschlossen wird.
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In besonders bevorzugter Ausführungsform wird jedoch die - ohnehin vorhandene - Ummantelung der Sensorelektrode genutzt, das Längsende der Sensorelektrode abzudichten, indem die Ummantelung im Bereich des Überstands mit sich selbst stoffschlüssig, formschlüssig und/oder kraftschlüssig verbunden wird. Für das Abdichten ist somit vorteilhafterweise kein oder kaum zusätzliches Material, sowie kein weiteres Bauteil notwendig, wodurch einerseits die Herstellungskosten als andererseits auch das Gewicht der Sensorelektrode vergleichsweise gering ausfallen. In zweckmäßigen Verfahrensvarianten wird die Ummantelung dabei im Bereich des Überstands mit sich selbst verschweißt, verklebt, gefaltet (gebördelt), aufgerollt und/oder geheftet („zugetackert“).
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Zur Reduzierung eines gegebenenfalls vorhandenen starken Haftsitzes zwischen Leiteranordnung und Ummantelung wird in einer Ausführungsform der Erfindung die Ummantelung vor und/oder bei dem Verschiebe- oder Dehnvorgang mit Hilfe von Druckluft aufgeweitet, so dass die Ummantelung zerstörungsfrei über die Leiteranordnung gezogen oder geschoben werden kann.
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Zweckmäßigerweise wird die Sensorelektrode nur an einem ihrer beiden Längsenden nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren abgedichtet. Das andere Längsende - an dem durch die Verschiebung der Ummantelung die Leiteranordnung freigelegt ist - eignet sich dabei vorteilhaft zur Kontaktierung einer Zuleitung, die die Sensorelektrode mit einer Steuereinheit eines kapazitiven Näherungssensors verbindet, oder zur unmittelbaren Kontaktierung mit der Steuereinheit.
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In einer Ausführungsform der Erfindung wird zur längsendseitigen Abdichtung der Sensorelektrode zumindest ein Längsende derselben in eine zunächst flüssige Dichtmasse (beispielsweise einen Klebstoff) eingetaucht, die anschließend zu einer abdichtenden (Schutz-)Schicht erstarrt oder trocknet. Im Rahmen der Erfindung wird entweder ausschließlich ein längsendseitiger Abschnitt der Sensorelektrode mittels des Tauchbads abgedichtet, oder die Sensorelektrode wird mittels des Tauchprozesses vollständig mit der Schutz-Schicht überzogen. Dieser Prozess kann im Rahmen der Erfindung als zusätzlicher Verfahrensschritt des vorstehend beschriebenen Verfahrens zum Einsatz kommen, aber auch losgelöst von dem vorstehend beschriebenen Verfahren eingesetzt werden. Diese Ausführungsform wird entsprechend auch als eigenständige Erfindung betrachtet.
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Handelt es sich bei der Sensorelektrode um einen länglichen Hohlkörper (wie beispielsweise im Fall einer nach Bedarf abgelängten Bowdenzughülle), wird dieser Hohlkörper vor dem Tauchprozess zweckmäßigerweise längsendseitig verschlossen, insbesondere mit Hilfe eines Pfropfens, der beispielsweise durch einen Niet oder durch Klebstoff gebildet ist.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Sensorelektrode längsendseitig abgedichtet, indem an das entsprechende Längsende der Sensorelektrode eine abdichtende Schutzkappe angeformt oder aufgesteckt wird. Die Schutzkappe wird insbesondere stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig mit der Sensorelektrode, insbesondere mit deren Ummantelung, verbunden. Die Schutzkappe wird dabei insbesondere angeklebt, in einem Spritzgussprozess an die Sensorelektrode angeformt, reibschlüssig auf die Sensorelektrode aufgesteckt, oder in Form eines Schrumpfschlauches auf die Sensorelektrode aufgeschrumpft.
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Die Erfindung ist auch durch eine längliche Sensorelektrode verkörpert, die nach einem Verfahren gemäß vorstehender Beschreibung abgedichtet ist. Entsprechend ist die erfindungsgemäße langgestreckte Sensorelektrode gebildet durch eine elektrische Leiteranordnung, die umfänglich von einer Ummantelung umgeben ist, wobei die Ummantelung zumindest an einem Längsende der Sensorelektrode um einen Überstand über die Leiteranordnung hinausragt, und wobei die Ummantelung dort unter Verwendung des Überstands verschlossen ist. Die Ummantelung ist dabei insbesondere im Bereich des Überstands mit sich selbst stoffschlüssig, formschlüssig und/oder kraftschlüssig verbunden, insbesondere verklebt („zugeklebt“), verschweißt, gefaltet (gebördelt), aufgerollt und/oder geheftet („zugetackert“).
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Zusätzlich oder alternativ ist die Sensorelektrode zumindest in einem längsendseitigen Abschnitt, vorzugsweise vollständig, mit einer in einem Tauchprozess hergestellten abdichtenden Schutz-Schicht beschichtet.
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Wiederum zusätzlich oder alternativ ist die Sensorelektrode an mindestens einem Längsende mit einer, insbesondere angeformten oder aufgesteckten, abdichtenden Schutzkappe versehen.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Sensorelektrode aus einer Bowdenzughülle hergestellt, wie sie an sich herkömmlicherweise z.B. bei Fahrrädern, aber auch in Kraftfahrzeugtüren zusammen mit einem eingelegten Bowdenzug zur Übertragung von Zugkräften eingesetzt wird. Eine derartige Bowdenzughülle umfasst typischerweise eine metallische Stützstruktur, die insbesondere als ein gewendelter Metalldraht ausgeformt ist, sowie eine die Stützstruktur ummantelnde Kunststoffumhüllung. Im Rahmen der Erfindung umfasst dabei die Leiteranordnung der Sensorelektrode die metallische Stützstruktur, während die Ummantelung der Sensorelektrode durch die Kunststoffumhüllung gebildet ist.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
- 1 in schematischer Darstellung einen kapazitiven Näherungssensor zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug, mit einer zwei Sensorelektroden umfassenden Elektrodenanordnung sowie mit einer Steuereinheit, wobei die Sensorelektroden jeweils über Zuleitungen mit der Steuereinheit verbunden sind,
- 2 bis 4 jeweils in grob schematischer Darstellung eine Sensorelektrode des Näherungssensors gemäß 1 in drei unterschiedlichen Stadien eines Verfahrens zur Abdichtung der Sensorelektrode, und
- 5 die Sensorelektrode gemäß 2 bei einem weiteren Verfahrensschritt.
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Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt einen kapazitiven Näherungssensor 1, der zum Einsatz in einem Kraftfahrfahrzeug, insbesondere zur berührungslosen Erkennung eines Bedienbefehls eines Fahrzeugnutzers zur Öffnung einer automatisch betätigten Fahrzeugtür oder Heckklappe eingerichtet und vorgesehen ist.
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Der Näherungssensor 1 umfasst eine Steuereinheit 2 sowie eine Elektrodenanordnung 3, die in dem in 1 dargestellten Beispiel durch zwei längliche Sensorelektroden 4 und 5 gebildet ist.
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Jede der Sensorelektroden 4,5 ist hierbei über eine zugeordnete (optional geschirmte) elektrische Zuleitung 7 bzw. 8 mit der Steuereinheit 2 elektrisch kurzgeschlossen. Die Zuleitungen 7,8 sind über eine gemeinsame Steckverbindung 10 mit der Steuereinheit 2 kontaktiert. Alternativ sind die Sensorelektroden 4,5 unmittelbar (ohne zwischengeschaltete Zuleitungen) mit der Steuereinheit 2 kontaktiert. Optional sind die Sensorelektroden 4,5 auf einem gemeinsamen Träger 11 in einer vorgegebenen Relativlage zueinander fixiert.
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Jede der beiden Sensorelektroden 4,5 ist an ihrem längsendseitigen Festende 15, d.h. an dem mit der jeweiligen Zuleitung 7,8 verbundenen Ende, mittels einer hermetisch abdichtenden Schutzkappe 16 gegen eindringenden Schmutz und Feuchtigkeit geschützt.
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An dem jeweiligen längsendseitigen Freiende 17 ist jede Sensorelektrode 4,5 mit Hilfe eines anhand der 2 bis 4 erläuterten Verfahrens abgedichtet.
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2 zeigt eine der beiden gleich aufgebauten Sensorelektroden 4,5 in einem Vorfertigungszustand. Jede Sensorelektrode 4,5 umfasst eine hier abstrakt dargestellte langestreckte elektrische Leiteranordnung 20, die umfänglich von einer Ummantelung 21 umgeben ist.
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In einer Ausführungsform handelt es sich bei der dargestellten Sensorelektrode 4,5 im Vorfertigungszustand um ein wunschgemäß abgelängtes Stück einer Bowdenzughülle, wie sie gewöhnlicherweise (in Kombination mit einem in den von der Bowdenzughülle eingefassten Innenraum eingelegten Bowdenzug) zur Übertragung mechanischer Zugkräfte in einer Kraftfahrzeugtür eingesetzt wird (beispielsweise zur Kopplung des Türöffnungshebels mit dem Türschloss). Die Leiteranordnung 20 ist dabei durch einen Metalldraht gebildet, der in etwa nach Art einer Schraubenfeder gewendelt verläuft, so dass durch den Metalldraht im Wesentlichen ein Hohlzylinder geformt wird. Im Innenraum dieses Hohlzylinders würde der Bowdenzug als Seele einliegen. Die den Metalldraht bzw. den Hohlzylinder außenseitig umgebende Ummantelung 21 ist aus einem Kunststoff, insbesondere aus PVC gefertigt. Die Ummantelung 21 isoliert die Leiteranordnung 20 umfänglich elektrisch und schützt sie vor Umwelteinflüssen.
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In einer alternativen Ausführungsform handelt es sich bei der Sensorelektrode 4,5 im Vorfertigungszustand um ein wunschgemäß abgelängtes Stück einer Mantelleitung. Die Leiteranordnung 20 umfasst in diesem Fall eine Anzahl einzelner Adern, wobei jede Ader durch einen isolierten Kupferdraht gebildet ist. Weiterhin umfasst die Leiteranordnung 20 eine Abschirmung, die den Strang aus Adern umhüllt, und zwischen dem Strang aus Adern und der Ummantelung 21 einliegt. Die isolierende Ummantelung 21 ist wiederum aus einem Kunststoff, vorzugsweise aus PVC gefertigt.
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Ausgehend von der Sensorelektrode 4,5 im Vorfertigungszustand gemäß 2, in dem die innenliegende Leiteranordnung 20 und die außenliegende Ummantelung 21 zumindest an dem bestimmungsgemäßen Freiende 17 in etwa bündig miteinander abschließen, wird in einem in 3 dargestellten ersten Schritt des Verfahrens zur Abdichtung der Sensorelektroden 4,5 die Ummantelung 21 in Richtung 22 gegenüber der Leiteranordnung 20 verschoben. Durch den Verschiebevorgang bildet sich an dem einen Längsende der Sensorelektrode 4,5 (dem Freiende 17), ein Überstand A, um den die Ummantelung 21 über die Leiteranordnung 20 hinaussteht. Der Überstand A beträgt beispielsweise etwa 1 cm. In einer alternativen Ausführungsform (nicht dargestellt) wird die Ummantelung 21 in Richtung 22 gedehnt, so dass sie an dem Festende 15 bündig mit der Leiteranordnung 20 stehen bleibt, während sich an dem Freiende 17 der Überstand A bildet.
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Die Ummantelung 21 wird beispielsweise manuell mit Hilfe einer Zange und/oder mit Hilfe eines Dorns von der Leiteranordnung 20 zurückgezogen oder geschoben. Eine automatische Durchführung ist jedoch auch möglich.
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In einem in 4 dargestellten zweiten Schritt des Abdichtungsverfahrens wird der überstehende Rand der Ummantelung 21, d.h. der Überstand A verschlossen. Dabei wird beispielsweise die Ummantelung 21 im Bereich des Überstands A im Zuge eines Schweißprozesses zugequetscht und erhitzt, so dass die Ummantelung 21 mit sich selbst stoffschlüssig verbunden wird.
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In alternativen Ausführungsformen wird die Ummantelung 21 im Bereich des Überstands A im Zuge eines Klebeprozesses verschlossen oder „zugetackert“. Durch den Verschluss der Ummantelung 21 ist die Leiteranordnung 20 nun auch längsendseitig vor eindringendem Schmutz oder Feuchtigkeit geschützt.
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Ist die Verbindung zwischen der Ummantelung 21 und der Leiteranordnung 20 zu stark, um das Verschieben der Ummantelung 21 wie vorstehend beschrieben durchzuführen, wird die Ummantelung 21 in einem anhand von 5 erläuterten vorgeschalteten Verfahrensschritt zunächst geweitet.
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Ausgehend von der Sensorelektrode 4,5 im Vorfertigungszustand gemäß 2 wird wie in 5 dargestellt die Ummantelung 21 an einem der Längsenden (hier am Freiende 17) mit Hilfe eines Verschlusses 30 luftdicht abgedichtet. An dem gegenüberliegenden Ende 15 wird ein Stutzen 31 einer Drucklufteinrichtung 32 ebenfalls luftdicht abschließend auf die Ummantelung 21 aufgesetzt.
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Die Drucklufteinrichtung 32 bläst Druckluft L in die Ummantelung 21, so dass diese sich ausdehnt, und der Haftsitz zwischen Leiteranordnung 20 und Ummantelung 21 gelockert wird.
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Anschließend wird die Ummantelung 21 wie anhand der 3 und 4 erläutert verschoben und abgedichtet. Der Verschiebevorgang findet dabei insbesondere statt, solange die Ummantelung 21 unter Druck steht und aufgeweitet ist. Erst wenn die Ummantelung 21 verschoben oder gelängt ist, wird der Druck abgelassen, und die Ummantelung 21 legt sich wieder an die Leiteranordnung 20 an. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Ummantelung 21 mittels Druckluft gelockert wird und im Anschluss an den Druckablass verschoben wird. Schließlich wird die Ummantelung 21 am Überstand A verschlossen (vgl. 4).
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Die gesamte Herstellung der Sensorelektrode 4,5 erfolgt vorzugsweise derart, dass zunächst die Meterware (hier die Bowdenzughülle oder die Mantelleitung) auf die gewünschte Länge der Sensorelektrode 4,5 abgelängt wird. Anschließend wird das Freiende 17 der Sensorelektrode 4,5 gemäß vorstehender Beschreibung verschlossen. Sofern keine Zuleitung vorgesehen ist, wird die Sensorelektrode 4,5 mit ihrem Festende 15 unmittelbar mit der Steuereinheit 2 elektrisch kontaktiert.
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Sofern eine Zuleitung 7,8 vorhanden ist, wird diese an das durch den Verschiebevorgang freigelegte Ende der Leiteranordnung 20 angeschlossen, beispielsweise angelötet. Anschließend wird die Schutzkappe 16 in einem Spritzgussprozess an das Festende 15 der Sensorelektrode 4,5 angeformt. Falls die Sensorelektrode 4,5 aus einer Bowdenzughülle hergestellt ist, wird das Festende 15 zunächst mit Hilfe eines Klebers oder einem Niet verschlossen, so dass das anschließende Anformen der Schutzkappe 16 in einem definierten Prozess erfolgt. Das im Zuge des Spritzgussprozesses angeformte Material wirkt sowohl an dessen Verbindungsstelle zur Ummantelung 21 als auch an dessen Verbindungsstelle zu der jeweiligen Zuleitung 7,8 als Dichtung.
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Alternativ wird die Schutzkappe 16 auf die Sensorelektrode 4,5 aufgesteckt und mit der Sensorelektrode 4,5 sowie mit der jeweiligen Zuleitung 7,8 wasserdicht verklebt. Wiederum alternativ ist die Schutzkappe 16 aus einem elastischen Material gefertigt, so dass sie ohne weitere Maßnahmen dichtend an der Sensorelektrode 4,5 bzw. der Zuleitung 7,8 anliegt. In einer Ausführungsform wird die Schutzkappe 16 zunächst reversibel geweitet und über das Längsende 15 gestülpt, so dass sie nach dem Entspannen dichtend an der Ummantelung 21 anliegt. In einer Variante wird die Schutzkappe 16 durch plastische Verformung dichtend mit der Ummantelung 21 verbunden („aufgequetscht“ bzw. „gecrimpt“).
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Wiederum alternativ hierzu wird die Schutzkappe 16 als ein Schrumpfschlauch aufgeschrumpft, der insbesondere an seiner Innenfläche zusätzlich mit einem Kleber versehen ist, der unter Hitzeeinwirkung im Zuge des Aufschrumpfens aufschmilzt und anschließend aushärtet.
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In einer alternativen Ausführungsform wird das Freiende 17 anstelle der durch die Ummantelung 21 gebildeten Abdichtung ebenfalls mit einer Schutzkappe 16 versehen, die wie vorstehend beschrieben ausgeführt ist, allerdings ohne die Durchführung einer Zuleitung.
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In einer weiteren Ausführungsform, die nicht explizit dargestellt ist, wird die Sensorelektrode 4,5 ausgehend von dem Vorfertigungszustand gemäß 2 in einem Tauchprozess längsendseitig abgedichtet. Dabei wird insbesondere die gesamte Sensorelektrode 4,5 (ggf. nach Anschluss der jeweiligen Zuleitung 7,8) in einen flüssigen Klebstoff getaucht, der anschließend zu einer abdichtenden Schicht aushärtet. Bei Verwendung einer Bowdenzughülle werden die Längsenden wiederum vorzugsweise zuvor mittels eines Pfropfens verschlossen.
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Die Erfindung wird an den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen besonders deutlich, ist auf diese Ausführungsbeispiele gleichwohl aber nicht beschränkt. Vielmehr können weitere Ausführungsformen der Erfindung aus den Ansprüchen und der vorstehenden Beschreibung abgeleitet werden. Insbesondere kann der vorstehend beschriebene Tauchprozess auch in Kombination mit einer weiteren der beschrieben Abdichtungsmaßnahmen erfolgen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Näherungssensor
- 2
- Steuereinheit
- 3
- Elektrodenanordnung
- 4
- Sensorelektrode
- 5
- Sensorelektrode
- 7
- Zuleitung
- 8
- Zuleitung
- 10
- Steckverbindung
- 11
- Träger
- 15
- Festende
- 16
- Schutzkappe
- 17
- Freiende
- 20
- Leiteranordnung
- 21
- Ummantelung
- 22
- Richtung
- 30
- Verschluss
- 31
- Stutzen
- 32
- Drucklufteinrichtung
- A
- Überstand
- L
- Druckluft
