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Die hier beschriebene Erfindung betrifft einen Temperatursensor mit einem Gehäuse, der insbesondere für Anwendungen im Automotive-Bereich geeignet ist. Der Temperatursensor zeichnet sich insbesondere durch eine sehr kompakte Bauform und ein sehr geringes Gewicht aus und hat gegenüber vergleichbaren bekannten Temperatursensoren damit beachtliche praktische Vorteile im Einsatz.
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Der Temperatursensor ist insbesondere für den Einsatz in automobilen Hochtemperaturanwendungen. Temperatursensoren für solche Anwendungen sind dazu eingerichtet, hohe Temperaturen zu messen, beispielsweise Temperaturen über 300°C oder sogar Temperaturen über 500°C. Solche Temperatursensoren können insbesondere dazu eingesetzt werden, Temperaturen des Abgases im Abgassystem einer Verbrennungskraftmaschine zu überwachen. Informationen über die Temperatur des Abgases im Abgassystem sind insbesondere für Aufgaben der Steuerung und Regelung von Verbrennungskraftmaschinen und/oder des Abgassystems notwendig.
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Bei solchen Temperatursensoren für Hochtemperaturanwendungen ist es regelmäßig erforderlich, ein temperaturbeständiges Kabel zu verwenden, welches eine elektrische Leitung von einer Temperaturmessstelle hin zu einer Sensorelektronik ermöglicht oder ein Temperaturmesselement, welches derart ausgestaltet ist, dass ein Abstand zwischen der Temperaturmessstelle und der Sensorelektronik existiert. Dies gilt insbesondere, weil aufgrund der hohen Temperaturen ein Abstand zwischen der Temperaturmessstelle und der Sensorelektronik erforderlich ist, der beispielsweise durch ein solches temperaturbeständiges Kabel überbrückt werden kann oder beispielsweise dadurch, dass das Temperaturmesselement direkt schon selbst so gestaltet ist, dass ein solcher Abstand vorliegt.
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Hiervon ausgehend soll ein neuartiger Temperatursensor beschrieben werden, der insbesondere hinsichtlich der kompakten Bauform erhebliche Vorteile gegenüber bekannten Temperatursensoren aufweist.
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Hier beschrieben werden soll ein Temperatursensor mit einem Gehäuse und einer darin angeordneten Elektronikplatine sowie mit einem Temperaturmesselement, welches auf einer ersten Seite des Gehäuses mit einer ersten Montageachse an das Gehäuse angesetzt ist, sowie mit einem Anschlussstecker, der auf einer zweiten Seite des Gehäuses mit einer zweiten Montageachse an dem Gehäuse angesetzt ist, wobei die erste Montageachse und die zweite Montageachse koaxial zueinander und senkrecht zur Elektronikplatine ausgerichtet sind.
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Die erste Seite mit dem Temperaturmesselement und die zweite Seite mit dem Anschlussstecker liegen bevorzugt einander gegenüber.
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Das Temperaturmesselement ist bevorzugt ein Mantelthermoelement. Das Temperaturmesselement hat bevorzugt einen Anbindungsabschnitt mit welchem es in das Gehäuse des Temperatursensors eingebunden und dort mit der Elektronikplatine kontaktiert ist. Das Temperaturmesselement hat darüber hinaus bevorzugt einen Sensorabschnitt an welchem die eigentliche Temperaturmessung erfolgt. Dazwischen befindet sich gegebenenfalls ein flexibler Abschnitt, der gegebenenfalls als Kabel ausgeführt sein kann und welcher verformt werden kann, um den Sensorabschnitt an der gewünschten Stelle zu positionieren.
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Die Elektronikplatine ist insbesondere ein planes Bauteil auf welchem Elektronikkomponenten montiert sind und auf welchem Leiterbahnen angeordnet sind, die die Elektronikkomponenten miteinander verbinden. Die Elektronikplatine definiert bevorzugt eine Ebene, die auch als Platinenebene bezeichnet werden kann. Die erste Montageachse und die zweite Montageachse stehen senkrecht (das heißt orthogonal) auf der Platinenebene. In bevorzugten Ausführungsvarianten liegen die erste Montageachse und die zweite Montageachse aufeinander. Das heißt, sie sind identisch zueinander. Die Montageachsen liegen jeweils auf einem Schwerpunkt der Montagekräfte, die zur Montage verschiedener Gehäuseteile des Gehäuses, des Anschlusssteckers und/oder des Temperaturmesselements benötigt werden. Eine Montagekraft, die von einer ersten Seite wirkt, um das Temperaturmesselement zu montieren, wirkt bevorzugt auf der ersten Montageachse. Eine Montagekraft, die von der zweiten Seite aus wirkt, um den Anschluss zu montieren, wirkt bevorzugt auf der zweiten Montageachse. Wenn beide Montageachsen aufeinander liegen, entsteht durch die beiden Montagekräfte kein Drehmoment, welches durch weitere Haltekräfte ausgeglichen werden müsste.
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Besonders bevorzugt sind das Temperaturmesselement oder der Anschlussstecker oder ein Gehäuseteil mit einer Dichtung an dem Gehäuse abgedichtet, wobei die Dichtung durch eine Montagebewegung entlang der ersten Montageachse und/oder entlang der zweiten Montagechse radial verpresset wird.
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Außerdem bevorzugt ist es, wenn die Dichtung mindestens eine Dichtlippe hat, die durch eine Montagebewegung in einem zylindrischen Abschnitt oder einem konischen Abschnitt des Gehäuses verpresst wird.
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Insbesondere wenn die Dichtung in einem zylindrischen Abschnitt verpresst wird, hat die Dichtung bevorzugt umlaufende Dichtlippen mit Hilfe derer eine gleichmäßige Abdichtkraft entlang der Dichtlippen erzeugt werden kann.
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Darüber hinaus bevorzugt weist der Temperatursensor einen Stützkörper auf, mit welchem eine Dichtung bei einer Montagebewegung in den zylindrischen Abschnitt und/oder den konischen Abschnitt eingeschoben wird.
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Grundsätzlich ist eine Verpressung der Dichtung zwischen 5 Prozent und 25 Prozent geeignet, um die gewünschte Dichtwirkung zu erzielen. In dem Fall, dass die Dichtung in einen konischen Abschnitt des Gehäuses verpresst wird ist die Dichtung bevorzugt ebenfalls konisch.
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Der Stützkörper dient dazu Montagekräfte innerhalb des Gehäuses bei der Montage zu übertragen. Bevorzugt hat der Stützkörper nach der Montage auch die Funktion, einzelne Komponenten (beispielsweise die Elektronikplatine) ortsfest in dem Gehäuse zu positionieren.
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Besonders bevorzugt weist der Stützkörper mindestens eine Rastnase auf, mit welcher der Stützkörper in eine Rastnut an dem Gehäuse einrastet, wenn die Dichtung einrastet.
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Die Rastnase kann bei der Montage des Stützkörpers an dem Gehäuse bevorzugt zurück federn. Die Rastnut ist bevorzugt als Hinterschnitt in dem Gehäuse und/oder in einem Gehäuseteil des Gehäuses ausgeführt. Sobald der Stützkörper so weit wie gewünscht in das Gehäuse eingeschoben ist, rastet die Rastnase in die Rastnut ein. Dann ist das Gehäuseteil gegen ein (zufälliges) Auseinanderfallen geschützt.
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Außerdem bevorzugt ist der Temperatursensor, wenn an dem Stützkörper Kontaktaufnahmen vorgesehen sind, in welche elektrische Sensorkontaktierungen des Temperaturmesselementes eingelegt sind und der Stützkörper weiter eine Platinenaufnahme aufweist in welche die Elektronikplatine derart eingelegt ist, dass in die Kontaktaufnahmen eingelegte Sensorkontaktierungen in Durchlöcher der Elektronikplatine eingreifen.
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Besonders bevorzugt bietet der Stützkörper auch mindestens eine Anlagefläche für Sensorkontaktierungen und/oder Steckerkontaktierungen aus. Sensorkontaktierungen und/oder Steckerkontaktierungen können als (zumindest teilweise flexible) Drähte ausgeführt sein. An Anlageflächen an dem Stützkörper können Sensorkontaktierungen und/oder Steckerkontaktierungen anliegen. Hierdurch können Zugkräfte auf die Sensorkontaktierungen und/oder die Steckerkontaktierungen in Reibung umgesetzt werden und es wird eine Zugentlastung erreicht.
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Auf diese Art und Weise kann eine sichere Herstellbarkeit einer elektrischen Kontaktierung des Temperaturmesselementes an der Elektronikplatine erreicht werden. Bevorzugt sind die elektrischen Sensorkontaktierungen hier noch verlötet.
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Außerdem bevorzugt ist es, wenn elektrische Steckerkontaktierungen des Anschlusssteckers in ein Gehäuseteil des Gehäuses eingelassen sind und bei der Montage des Anschlusssteckers eine elektrische Steckerkontaktierung des Anschlusssteckers an der Elektronikplatine mechanisch erfolgt. Bevorzugt ist der Anschlussstecker unmittelbar an ein Gehäuseteil des Gehäuses angespritzt bzw. sogar als Gussbauteil mit dem Gehäuseteil zusammen gefertigt. Die elektrischen Steckerkontaktierungen sind bevorzugt metallische Pinne, die sich durch das Gehäuseteil hindurch erstrecken und deren nach innen (zum Innenvolumen des Gehäuses hin) ausgerichtete Enden mechanisch die Elektronikplatine kontaktieren, während die nach außen (zum Außenraum um das Gehäuse herum hin) ausgerichteten Enden in dem Anschlussstecker enden und von einem weiteren Stecker, der mit dem Anschlussstecker verbunden wird, kontaktiert werden.
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Durch die Anformung des Anschlusssteckers unmittelbar an dem Gehäuse können manuell herzustellende Kontaktierungen entfallen. Insbesondere können Löt- oder Schweißvorgänge zur Herstellung von Kontaktierungen wegfallen und der beschriebene Sensor lässt sich besonders effizient herstellen.
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Darüber hinaus bevorzugt ist es, wenn das Gehäuse mehrteilig ist und Gehäuseteile des Gehäuses miteinander stoffschlüssig verbunden sind.
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Bevorzugt erfolgt eine stoffschlüssige Verbindung nach der Montage der Gehäuseteile und der im Innenraum des Gehäuses befindlichen Komponenten durch Laserschweißen, wobei ein Gehäuseteil aus einem lasertransparenten Material ausgeführt ist und ein anderes Gehäuseteil aus einem laseradsorbierenden Material ausgeführt ist. Der Laserstrahl durchleuchtet dann bevorzugt das lasertransparente Material des einen Gehäuseteils und schmilzt das laseradsorbierende Material des anderen Gehäuseteils an einer Berührungsfläche von lasertransparentem Material und laseradsorbierendem Material auf, um die beiden Materialien miteinander zu verbinden.
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Darüber bevorzugt ist der Temperatursensor, wenn das Temperaturmesselement oder der Anschlussstecker stoffschlüssig mit dem Gehäuse verbunden sind.
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Eine solche stoffschlüssige Verbindung kann ausgeführt werden in dem der Anschlussstecker und/oder das Temperaturmesselement ebenfalls mit Laserschweißen mit dem Gehäuse bzw. mit Gehäuseteilen verbunden werden.
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Auch bevorzugt ist der Temperatursensor, wenn das Gehäuse mehrteilig ist und Gehäuseteile des Sensorgehäuses mit einer Dichtung zueinander abgedichtet sind, wobei die Gehäuseteile durch eine mechanische Fixierung miteinander verbunden sind.
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Die Dichtung kann beispielsweise eine O-Ring-Dichtung sein, die zwischen zwei Gehäuseteilen einlegt. Durch eine mechanische Fixierung (Rastnase, Schrauben, etc.) wird diese Dichtung unter einen definierten Druck gesetzt, um ein festes Verschließen des Gehäuses zu gewährleisten.
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Außerdem bevorzugt ist, wenn zumindest das Temperaturmesselement oder der Anschlussstecker durch eine mechanische Fixierung mit dem Gehäuse verbunden ist.
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Besonders bevorzugt sind an dem Gehäuse zusätzlich Aufnahmen, Halterungen oder Befestigungspunkte angebracht.
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Solche Aufnahmen, Halterungen und/oder Befestigungspunkte dienen bevorzugt dazu, den Temperatursensor an Montagepunkten in einem Fahrzeug zu montieren. Aufnahmen, Halterungen oder Befestigungspunkte sind bevorzugt in der Nähe eines Massenschwerpunkts des Temperatursensors angeordnet. So können auf die Aufnahmen, Halterungen und/oder Befestigungspunkte wirkende Kräfte, die insbesondere in Folge von Beschleunigungen auftreten, möglichst geringgehalten werden.
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Bevorzugt trägt die Elektronikplatine eine Referenztemperaturmesszelle zur Messung einer Referenztemperatur.
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Eine solche Referenztemperaturmessstelle ist insbesondere vorteilhaft, wenn das Temperaturmesselement (nur) dazu eingerichtet ist, Temperaturdifferenzen zu messen. Dies gilt beispielsweise, wenn das Temperaturmesselement ein Mantelthermoelement ist.
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Außerdem bevorzugt ist es, wenn ein Innenvolumen des Sensorgehäuses mit einer Gussmasse mindestens teilweise ausgegossen ist.
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Durch ein Ausgießen des Innenvolumens mit einer Gussmasse kann dauerhaft verhindert werden, dass Feuchtigkeit in dem Innenvolumen auftritt.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren nur schematisch sind. Dies gilt insbesondere für die in den Figuren dargestellten Größenverhältnisse. Es zeigen:
- 1: eine erste Ausführungsvariante des beschriebenen Temperatursensors,
- 2: eine zweite Ausführungsvariante des beschriebenen Temperatursensors,
- 3: eine dritte Ausführungsvariante des beschriebenen Temperatursensors
- 4: eine vierte Ausführungsvariante des beschriebenen Temperatursensors,
- 5: eine fünfte Ausführungsvariante des beschriebenen Temperatursensors
- 6: einen Stützkörper für einen beschriebenen Temperatursensor,
- 7: eine sechste Ausführungsvariante des beschriebenen Temperatursensors
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Die verschiedenen Ausführungsvarianten eines beschriebenen Temperatursensors sollen hier zunächst gemeinsam erläutert werden, wobei dann auf Unterschiede zwischen den einzelnen Varianten jeweils gesondert eingegangen wird.
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Die 1, 2, 3, 4, 5 und 7 zeigen jeweils Temperatursensoren 1 mit einem Gehäuse 2 mit einer ersten Seite 5 und einer gegenüberliegenden zweiten Seite 8. Zunächst soll hier die 1 beschrieben werden, wobei anschließend auf Unterschiede der einzelnen weiteren 2, 3, 4, 5 und 7 zu dieser Variante erläutert werden.
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An der ersten Seite 5 ist ein Temperaturmesselement 4 an das Gehäuse 2 angesetzt. An der zweiten Seite 8 ist ein Anschlussstecker 7 angesetzt, an welchem eine übergeordnete Kontrolleinheit für den Temperatursensor 1 angeschlossen werden kann, beispielsweise ein BUS-System eines Fahrzeugsteuergerätes. In dem Gehäuse 2 befindet sich eine Elektronikplatine 3, die den Sensor steuert. Der Anschlussstecker 7 hat elektrische Steckerkontaktierungen 15, die in den Anschlussstecker 7 eingelassen sind. Der Anschlussstecker 7 bildet auch ein Gehäuseteil 21 des Gehäuses 2. Der Anschlussstecker 7 ist entlang einer zweiten Montageachse 9 an weitere Komponenten (insbesondere an ein weiteres Gehäuseteil des Gehäuses 2) angesetzt. Das Temperaturmesselement 4 ist entlang einer ersten Montageachse 6 an das Gehäuse 2 des Temperatursensors 1 angesetzt.
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Das Temperaturmesselement 4 ist mit einer Dichtung 10 an dem Gehäuse 2 abgedichtet. Die Dichtung 10 hat Dichtlippen 29, die an einem zylindrischen Abschnitt 30 des Gehäuses 2 anliegen. Die Dichtung 10 wurde von einem Stützkörper 11 in ihre Position in dem zylindrischen Abschnitt 30 des Gehäuses 2 geschoben. So entsteht eine radiale Verpressung 14.
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Der Stützkörper 11 hat Rastnasen 32, die in eine dafür vorgesehene Rastnut 33 an dem Gehäuse 2 eingreifen, wenn der Stützkörper 11 in die vorgesehene Position in dem Gehäuse 2 eingesetzt ist.
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In dem Gehäuse 2 befindet sich die Elektronikplatine 3, die einerseits mit elektrischen Sensorkontaktierungen 34 des Temperturmesselementes 4 kontaktiert ist und die andererseits mit den elektrischen Steckerkontaktierungen 15 des Anschlusssteckers 7 kontaktiert ist. Die Elektronikplatine 3 trägt alle elektronischen Komponenten (Elektronikbauteile 24) des Temperatursensors 1, insbesondere auch eine Referenztemperaturmessstelle 23, die zur Messung einer Referenztemperatur verwendet wird. Eine solche Referenztemperaturmessstelle 23 ist insbesondere wichtig, wenn das Temperaturmesselement 4 ein Mantelthermoelement ist.
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Die 1 zeigt auch, dass Gehäuseteile des Gehäuses 2 mit einer Schweißnaht 20 miteinander verschweißt sein können. Die 1 zeigt darüber hinaus, dass an dem Gehäuse verschiedene Befestigungspunkte 17, Aufnahmen 18 und/oder Halterungen 19 vorgesehen sein können, mit denen der Temperatursensor 1 an weiteren Komponenten (beispielsweise in einem Kraftfahrzeug) montiert werden kann.
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Die Ausführungsvariante gemäß 2 stimmt größtenteils mit der Ausführungsvariante gemäß 1 überein. Anstatt einer umlaufenden Schweißnaht zur Verbindung von verschiedenen Gehäuseteilen des Gehäuses 2 ist hier allerdings eine Dichtung 10 eingesetzt, die mit Hilfe einer mechanischen Fixierung (beispielhaft hier eine Verschraubung 22) verspannt sein kann. Zusätzlich ist auch gezeigt, dass das Temperaturmesselement mit einer Verschraubung 22 an dem Gehäuse 2 befestigt sein kann.
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3 erläutert die Montage des Temperatursensors 1 entlang der ersten Montageachse 6 und entlang der zweiten Montageachse 9. Zu erkennen sind das Gehäuse 2 und der Anschlussstecker 7, sowie die in dem Gehäuse 2 befindlichen Komponenten, nämlich Dichtungen 10, der Stützkörper 11 sowie die Elektronikplatine 3. Die Komponenten werden mit einer Montagebewegung 12 aneinander montiert, wobei der Stützkörper 11 die Montagekräfte innerhalb des Gehäuses 2 an die richtigen Positionen verteilt und auch nach der Montage die dauerhafte und sichere Positionierung der einzelnen Komponenten erreicht.
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4 zeigt noch eine Ausführungsvariante, bei welcher mehrere Gehäuseteile 21 dargestellt sind, die hier jeweils mit Dichtungen 10 zueinander abgedichtet und mit mechanischen Fixierungen 16 miteinander verbunden sind.
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5 zeigt eine Ausführungsvariante, bei der eine Dichtung 10 zur Einbindung des Temperaturmesselementes 4 in einem konischen Abschnitt 31 des Gehäuses 2 verpresst ist.
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In 6 ist der Stützkörper 11 im Detail näher erläutert. Zu erkennen ist der Andrückabschnitt 39 mit welchem der Stützkörper 11 eine Dichtung zur Abdichtung des Temperaturmesselementes am Gehäuse in die vorgesehene Position drückt. Der Andrückabschnitt 39 hat bevorzugt eine Fläche, die mehr als 50 Prozent, bevorzugt sogar mehr als 70 Prozent der Fläche der Dichtung ausmacht, die mit dem Andrückabschnitt 39 in die vorgesehene Position gedrückt wird. So kann erreicht werden, dass die Dichtung gleichmäßig in die vorgesehene Position gedrückt wird. Der Andrückabschnitt 39 drückt bevorzugt möglichst weit außen an die Dichtung, weil dort auch die Reibung und die Dichtwirkung zwischen der Dichtung und dem Gehäuse auftreten.
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Außerdem zu erkennen ist, dass der Stützkörper 11 Kontaktaufnahmen 35 zur Aufnahme der elektrischen Sensorkontaktierungen 34 und weiter eine Platinenaufnahme 36 zur Aufnahme der Elektronikplatine 3 aufweist. In die Kontaktaufnahmen 35 eingesetzte elektrische Sensorkontaktierungen 34 greifen bevorzugt in dafür vorgesehene Durchlöcher 28 der Elektronikplatine 3 ein, um eine sichere Kontaktierung an der Elektronikplatine 3 zu realisieren. Zusätzlich können an den Durchlöchern 28 auch noch Lötverbindungen vorgesehen werden, um eine sichere elektrische Anbindung zu realisieren.
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7 zeigt eine weitere Ausführungsvariante, bei welcher das Temperaturmesselement 4 mit einem Anbindungsabschnitt 37 und einem Sensorabschnitt 38 ausgeführt ist, welche mit einem flexiblen Abschnitt 13 verbunden sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Temperatursensor
- 2
- Gehäuse
- 3
- Elektronikplatine
- 4
- Temperaturmesselement
- 5
- erste Seite
- 6
- erste Montageachse
- 7
- Anschlussstecker
- 8
- zweite Seite
- 9
- zweite Montageachse
- 10
- Dichtung
- 11
- Stützkörper
- 12
- Montagebewegung
- 13
- flexibler Abschnitt
- 14
- radiale Verpressung
- 15
- elektrische Steckerkontaktierung
- 16
- mechanische Fixierung
- 17
- Befestigungspunkt
- 18
- Aufnahme
- 19
- Halterung
- 20
- Schweißnaht
- 21
- Gehäuseteil
- 22
- Verschraubung
- 23
- Referenztemperaturmessstelle
- 24
- Elektronikbauteile
- 25
- Gussmasse
- 26
- Innenvolumen
- 27
- Platinenebene
- 28
- Durchlöcher
- 29
- Dichtlippe
- 30
- zylindrischer Abschnitt
- 31
- konischer Abschnitt
- 32
- Rastnase
- 33
- Rastnut
- 34
- elektrische Sensorkontaktierung
- 35
- Kontaktaufnahme
- 36
- Platinenaufnahme
- 37
- Anbindungsabschnitt
- 38
- Sensorabschnitt
- 39
- Andrückabschnitt
