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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Vorrichtung, insbesondere einer elektrischen Vorrichtung mit verbesserten Dichtungseigenschaften.
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Elektrische Vorrichtungen, wie zum Beispiel sich durch eine Kabelisolierung erstreckende Kabeldrähte, sind in der Technik wohlbekannt. Eine ebenfalls bekannte Technologie ist die Duroplastumspritzung von Elektronik in Verbindung mit elektrischen Vorrichtungen, insbesondere in der Automobilindustrie. Insbesondere erfordern Anwendungen in der Automobilindustrie eine dichte elektrische Verbindung zum Gewährleisten einer langen Lebensdauer der elektrischen Vorrichtung. Derzeit können Leiterplatten (PCBs) direkt mit einem Kabeldraht kontaktiert werden, und dann wird zur Abdichtung ein thermoplastisches Material zum Abdichten der gesamten Anordnung überspritzt.
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Mit dieser bekannten Technik in Verbindung stehende Probleme basieren teilweise auf schlechten Adhäsionseigenschaften des Umspritzungsmaterials an der den Kabeldraht umgebenden Kabelisolierung. Dies kann zu einem Kriechen des umgebenden Mediums entlang eines Spalts zwischen dem Umspritzungsmaterial und der Kabelisolierung führen, das die Gesamtdichtigkeit signifikant verschlechtert. Darüber hinaus können Klemmkräfte eines Umspritzungswerkzeugs die Kabelisolierung und/oder die Kabeldrähte beschädigen. Ferner können scharfe Kanten und/oder Ränder des Duroplastumspritzungselements zu einem Abrieb der Kabelisolierung aufgrund von Verschleiß führen.
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Der größte Nachteil basiert jedoch auf der hohen Kriechfähigkeit von sehr niedrigviskosem Duroplastumspritzungsmaterial, das in jegliche Spalte zwischen den Kabeldrähten und der Kabelisolierung kriechen kann. Solch ein Kriechen und Aushärten des Duroplastumspritzungsmaterials in den Spalten kann die Gesamtsprödigkeit der Kabelanordnung erhöhen.
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Daher besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung einer elektrischen Vorrichtung mit verbesserten Dichtungseigenschaften, die ihre Funktionalitäten über eine sehr lange Zeit gewährleisten kann.
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Diese Aufgabe kann durch die elektrische Vorrichtung gemäß unabhängigen Anspruch 1 und dem Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Vorrichtung gemäß unabhängigen Anspruch 8 gelöst werden. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Die vorliegende Erfindung basiert zumindest teilweise auf der Erkenntnis, dass ein Bereitstellen eines Schrumpfschlauchs an einem mit einer Kabelisolierung isolierten Kabeldraht und ein Füllen des Schrumpfschlauchs mit einem Füllmaterial die Dichtungseigenschaften der gesamten Anordnung verbessern kann. Insbesondere kann das Anbringen des mit dem Dichtungsmaterial gefüllten Schrumpfschlauchs an dem in der Kabelisolierung isolierten Kabeldraht und dann das Zuführen von Wärme zu dem Schrumpfschlauch den Schlauch zumindest teilweise schrumpfen, wobei somit ein Schrumpfen des Schlauchs dazu führen kann, dass das Füllmaterial in jegliche Spalte zwischen der Kabelisolierung und dem Kabeldraht gedrückt wird. Dies kann insbesondere in einem Fall vorteilhaft sein, in dem der Kabeldraht an einer Leiterplatte angeschlossen wird, die dann über einen Duroplastumspritzungsprozess in einem duroplastischen Material, wie zum Beispiel einem duroplastischen Polymer, zum Beispiel Polyesterharz, Phenolformaldehydharz, Epoxidharz, ein Bulk-Molding-Compound usw., eingebettet wird.
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Daher wird gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine elektrische Vorrichtung offenbart. Die elektrische Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist zumindest einen Kabeldraht, eine um den zumindest einen Kabeldraht derart angeordnete Kabelisolierung, dass ein Abschnitt des zumindest einen Kabeldrahts in Längsrichtung zumindest teilweise aus der Kabelisolierung hervorsteht, einen Schrumpfschlauch, der zumindest teilweise (in Längsrichtung) um die Kabelisolierung und zumindest teilweise (in Längsrichtung) um den aus der Kabelisolierung hervorstehenden Abschnitt des zumindest einen Kabeldrahts angeordnet ist, und ein Dichtungsmaterial auf, das zumindest teilweise in der Kabelisolierung vorgesehen ist und dadurch jegliche Spalte zwischen der Kabelisolierung und dem zumindest einen Kabeldraht abdichtet.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann die elektrische Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ferner ein Dichtungselement aufweisen, das (in Längsrichtung) zumindest teilweise um den Schrumpfschlauch und zumindest teilweise um den aus der Kabelisolierung hervorstehenden Abschnitt des zumindest einen Kabeldrahts angeordnet ist. Das Dichtungselement kann durch einen Duroplastumspritzungsprozess gebildet werden.
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Das Dichtungsmaterial, das durch Wärmeschrumpfung des Schrumpfschlauchs in jegliche Spalte zwischen der Kabelisolierung und dem zumindest einen Kabeldraht gedrückt werden kann, kann verhindern, dass jegliches über den Duroplastumspritzungsprozess auf der elektrischen Vorrichtung aufgebrachte thermoplastische Material in die Spalte zwischen dem zumindest einen Kabeldraht und der Kabelisolierung kriecht.
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Vorzugsweise kann die elektrische Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ferner eine elektronische Anordnung aufweisen, die in dem Dichtungselement eingebettet ist und mit dem zumindest einen Kabeldraht elektrisch verbunden ist. Die elektrische Anordnung kann beispielsweise eine Leiterplatte sein, die elektrische Leiter aufweist, welche mit dem zumindest einen Kabeldraht verbunden sein können.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der elektrischen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Dichtungsmaterial dazu ausgebildet, nach dem Umspritzungsprozess nach dem Aushärten zumindest teilweise fest zu sein, aber vor dem Aushärten zumindest teilweise flüssig zu sein. Das Dichtungsmaterial ist dazu ausgebildet, nach dem Aushärten eine Elastizität zu bewahren, die zum Gewährleisten zumindest einer gewissen Flexibilität des zumindest einen Kabeldrahts und/oder Kabelisolierung ohne die Gefahr einer Beschädigung des zumindest einen Kabeldrahts und/oder der Kabelisolierung geeignet ist. Zum Beispiel kann die Viskosität des Dichtungsmaterials nach dem Aushärten in einem Bereich zwischen ungefähr 10k mPas und ungefähr 20k mPas, vorzugsweise zwischen ungefähr 13k mPas und ungefähr 17k mPas, besonders bevorzugt bei ungefähr 15k mPas, liegen.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Dichtungsmaterial ein Schmelzkleber, Leim, Wachs oder Fett.
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Vorteilhafterweise wird der Schrumpfschlauch durch Zuführen von Wärme zu dem Schrumpfschlauch über zum Beispiel eine Heißluftpistole, ein Infrarotlicht, einen Ofen, einem Einführen in ein vorgeheiztes Duroplastwerkzeug, usw. wärmegeschrumpft.
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Vorzugsweise wird eine Innenseite des Schrumpfschlauchs vor dem Anbringen des Schrumpfschlauchs an der Kabelisolierung zumindest teilweise mit dem Dichtungsmaterial versehen bzw. bedeckt.
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Bei einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Vorrichtung offenbart. Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Bereitstellen zumindest eines Kabeldrahts und einer um den zumindest einen Kabeldraht derart angeordnete Kabelisolierung, dass ein Abschnitt des zumindest einen Kabeldrahts zumindest teilweise aus der Kabelisolierung hervorsteht, ein Bereitstellen (in Längsrichtung) eines Schrumpfschlauchs zumindest teilweise um die Kabelisolierung herum und zumindest teilweise um den aus der Kabelisolierung hervorstehenden Abschnitt des zumindest einen Kabeldrahts herum, ein Bereitstellen eines Dichtungsmaterials zumindest teilweise in dem Schrumpfschlauch und ein Zuführen von Wärme zu dem Schrumpfschlauch derart auf, dass der Schrumpfschlauch zumindest teilweise schrumpft und dadurch das Dichtungsmaterial in die Kabelisolierung drückt, um jegliche Spalte zwischen der Kabelisolierung und dem zumindest einen Kabeldraht abzudichten.
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Somit kann durch Zuführen von Wärme zu dem vorzugsweise mit Dichtungsmaterial vorgefüllten Schrumpfschlauch der Schrumpfschlauch schrumpfen und dadurch das Dichtungsmaterial in jegliche Spalte zwischen dem zumindest einen Kabeldraht und der Kabelisolierung zur Abdichtung derselben drücken.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist das Verfahren der vorliegenden Erfindung ferner ein zumindest teilweises Duroplastumspritzen des Schrumpfschlauchs und des aus der Kabelisolierung hervorstehenden Abschnitts des zumindest einen Kabeldrahts zum Bilden eines Dichtungselements auf.
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Das Abdichten jeglicher Spalte mit dem Dichtungsmaterial, das ursprünglich in dem Schrumpfschlauch vorgesehen wird, kann verhindern, dass jegliches über den Duroplastumspritzungsprozess aufgebrachte thermoplastische Material in die Kabelisolierung kriecht. Somit kann die Kabelisolierung elastisch gehalten werden, und es kann jegliche Beschädigung derKabeldrähte verhindert werden, die dadurch verursacht wird, dass thermoplastisches Material in die Kabelisolierung kriecht.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das Verfahren der vorliegenden Erfindung ferner ein Bereitstellen zumindest einer elektronischen Anordnung in dem Dichtungselement und ein elektrisches Verbinden des zumindest einen Leiters mit dem zumindest einen Kabeldraht aufweisen. Vorzugsweise wird die elektronische Anordnung vor dem Duroplastumspritzen der elektronischen Anordnung mit einem thermoplastischen Material zum Abdichten der elektronischen Anordnung mit dem zumindest einen Kabeldraht elektrisch verbunden. Zum Beispiel kann die elektronische Anordnung eine Leiterplatte sein.
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Vorzugsweise ist das Dichtungsmaterial dazu ausgebildet, während des Umspritzungs- und Abdichtungsprozesses zumindest teilweise flüssig zu sein, um zu gewährleisten, dass das Dichtungsmaterial in jegliche Spalte zwischen dem zumindest einen Kabeldraht und der Kabelisolierung fließen kann. Nach dem Aushärten kann das Dichtungsmaterial zumindest teilweise fest sein. Alternativ kann das Dichtungsmaterial dazu ausgebildet sein, zumindest teilweise weich zu bleiben.
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Ferner kann bevorzugt werden, dass das Dichtungsmaterial ein Schmelzkleber, Wachs oder Fett ist.
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Darüber hinaus kann von Vorteil sein, dass der Schritt des Zuführens von Wärme zu dem Schrumpfschlauch ein Zuführen von Wärme zu dem Schrumpfschlauch mit einer Temperatur in einem Bereich (abhängig von dem Dichtungsmaterial) zwischen ungefähr 90 °C und ungefähr 250 °C aufweisen.
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Ferner kann es bevorzugt sein, dass eine Innenseite des Schrumpfschlauchs vor dem Anbringen des Schrumpfschlauchs an der Kabelisolierung und dem zumindest einen Kabeldraht zumindest teilweise mit dem Dichtungsmaterial versehen bzw. bedeckt ist.
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Weitere Merkmale und Aspekte der vorliegenden Erfindung werden Durchschnittsfachmann durch genaues Betrachten und Ausführen der vorliegenden Offenbarung und bei Berücksichtigung der beigefügten Zeichnungen ersichtlich, die zeigen:
- 1 eine Schnittansicht einer beispielhaften elektrischen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung,
- 2 eine vergrößerte Ansicht des Abschnitts A der 1, und
- 3 ein beispielhaftes Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer elektrischen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
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1 zeigt eine Schnittansicht einer beispielhaften elektrischen Vorrichtung 100. Die elektrische Vorrichtung 100 weist einen Kabeldraht 110 auf, der sich entlang einer Längsrichtung 102 innerhalb einer Kabelisolierung 120 derart erstreckt, dass ein Abschnitt des Kabeldrahts 110 zumindest teilweise in Längsrichtung aus der Kabelisolierung 120 hervorsteht. Es ist zudem ein Schrumpfschlauch 130 derart angeordnet, dass er in Längsrichtung die Kabelisolierung 120 zumindest teilweise umgibt und den aus der Kabelisolierung 120 hervorstehenden Abschnitt des Kabeldrahts 110 zumindest teilweise umgibt. Der Schrumpfschlauch 130 ist zumindest teilweise mit einem Dichtungsmaterial 140 gefüllt, das zwischen dem Schrumpfschlauch 130 und der Kabelisolierung 120 und zwischen dem zumindest einen Kabeldraht 110 und der Kabelisolierung 120 vorgesehen ist (siehe 2). Es liegt jedoch auch im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, dass der Schrumpfschlauch 130 die Kabelisolierung 120 ohne jegliches Dichtungsmaterial 140 dazwischen direkt berührt.
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Das Dichtungsmaterial 140 kann ein Schmelzkleber, wie beispielsweise ein Wachs oder ein Fett, sein. Das Dichtungsmaterial 140 kann dazu ausgebildet sein, dauerhaft weich und elastisch zu sein. Alternativ ist das Dichtungsmaterial 140 dazu ausgebildet, zumindest während des Umspritzungs- und Abdichtungsprozesses zumindest teilweise weich zu bleiben, kann aber fest sein, nachdem das Dichtungsmaterial jegliche Spalte zwischen dem zumindest einen Kabeldraht 110 und der Kabelisolierung 120 gefüllt hat. Im letzteren Fall ist das Dichtungsmaterial 140 dazu ausgebildet, eine Elastizität aufzuweisen, um eine geeignete Flexibilität für den zumindest einen Kabeldraht 110 und/oder die Kabelisolierung 120 bereitzustellen.
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Die elektrische Vorrichtung 100 der 1 weist ferner ein Dichtungselement 150 auf, das aus einem thermoplastischen Material hergestellt und vorzugsweise durch einen Duroplastumspritzungsprozess gebildet ist. Wie in 1 zu sehen ist, ist das Dichtungselement 150 insbesondere zumindest teilweise um den Schrumpfschlauch 130 und zumindest teilweise um den sich aus der Kabelisolierung 120 erstreckenden Abschnitt des Kabeldrahts 110 angeordnet. Bei der in 1 gezeigten bevorzugten Ausführungsform weist die elektrische Vorrichtung 100 ferner eine elektronische Anordnung 160, wie beispielsweise eine Leiterplatte, auf, die mit dem aus der Kabelisolierung 120 hervorstehenden Abschnitt des Kabeldrahts 110 elektrisch verbunden ist. Vorzugsweise ist das Dichtungselement 150 dazu ausgebildet, die elektronische Anordnung 160 zum Abdichten derselben gegen die Umgebung, wie beispielsweise Luft oder ein Fluid, vollständig einzukapseln. Die elektronische Anordnung 150 kann zum Beispiel ein Teil einer Fluiderfassungsvorrichtung sein und kann in einem aggressiven Fluid, wie beispielsweise Harnstoff, eingetaucht sein.
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Die 2 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Abschnitts A (siehe den strichpunktierten Kreis) der 1. Wie in der 2 zu sehen ist, ist das Dichtungsmaterial 140 innerhalb eines Spalts zwischen dem zumindest einen Kabeldraht 110 und der Kabelisolierung 120 vorgesehen. Insbesondere kann das Dichtungsmaterial 140 durch Wärmeschrumpfen des Schrumpfschlauchs 130 in den Bereich zwischen dem zumindest einen Kabeldraht 110 und der Kabelisolierung 120 gedrückt werden. Das sich ergebende Schrumpfen des Schrumpfschlauchs 130 kann das Innenvolumen des Schrumpfschlauchs ändern, wodurch das Dichtungsmaterial 140 in jegliche Spalte zwischen dem zumindest einen Kabeldraht 110 und der Kabelisolierung 120 gedrückt wird.
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Um zu gewährleisten, dass das Dichtungsmaterial 140 hauptsächlich in die Spalte gedrückt wird, kann der Schrumpfschlauch 130 zunächst an der Seite, wo er die Kabelisolierung 120 umgibt, erwärmt werden. Dann kann der Schrumpfschlauch 130 von der dazu gegenüberliegenden Seite aus erwärmt werden, nämlich dort, wo der Schrumpfschlauch 130 den zumindest einen aus der Kabelisolierung 120 hervorstehenden und sich daraus erstreckenden Kabeldraht 110 umgibt, wobei das Erwärmen in Richtung der Kabelisolierung 120 erfolgen kann.
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Die 3 zeigt ein beispielhaftes Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer elektrischen Vorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Das Verfahren von 3 beginnt beim Schritt 200 und geht dann zum Schritt 210 über, wo zumindest ein Kabeldraht 110 und eine um den zumindest einen Kabeldraht 110 angeordnete Kabelisolierung 120 derart bereitgestellt werden, dass ein Abschnitt des zumindest einen Kabeldrahts 110 zumindest teilweise in Längsrichtung aus der Kabelisolierung 120 hervorsteht.
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In einem nächsten Schritt wird ein Schrumpfschlauch 130 derart angeordnet, dass er in Längsrichtung die Kabelisolierung 120 zumindest teilweise umgibt und den aus der Kabelisolierung 120 hervorstehenden Abschnitt des Kabeldrahts 110 zumindest teilweise umgibt. Darüber hinaus wird vor dem Bereitstellen der Schrumpfschlauch 130 mit einem Dichtungsmaterial 140 gefüllt. Insbesondere ist eine Innenseite des Schrumpfschlauchs 130 zumindest teilweise mit dem Dichtungsmaterial 140 bedeckt bzw. versehen.
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Alternativ kann vor dem Bereitstellen des Schrumpfschlauchs 130 um die Kabelisolierung 120 und den sich aus der Kabelisolierung 120 erstreckenden Abschnitt des zumindest einen Kabeldrahts 110 das Dichtungsmaterial 140 auf denjenigen Bereich aufgebracht werden, wo der Schrumpfschlauch 130 vorgesehen und angebracht wird. Daraufhin wird nach dem Aufbringen des Dichtungsmaterials 140 auf die Kabelisolierung 120 und den Kabeldraht 110 der Schrumpfschlauch 130 um das Dichtungsmaterial 140 herum angeordnet.
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Dann wird in einem nächsten Schritt 220 dem Schrumpfschlauch 130 derart Wärme zugeführt, dass der Schrumpfschlauch 130 zumindest teilweise schrumpft, wodurch das Dichtungsmaterial 140 zur Abdichtung jeglicher Spalte zwischen der Kabelisolierung 120 und dem zumindest einen Kabeldraht 110 in die Kabelisolierung 120 gedrückt wird.
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In einem letzten Schritt 240 werden der Schrumpfschlauch 130 und der aus der Kabelisolierung 120 hervorstehende Abschnitt des zumindest einen Kabeldrahts 110 mit einem Thermoplastmaterial zum Bilden eines Dichtungselements duroplastumspritzt. Dann endet das Verfahren beim Schritt 250.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann auch eine elektronische Anordnung 160, wie zum Beispiel eine Leiterplatte, in dem thermoplastischen Dichtungselement 150 eingebettet werden.
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Die elektrische Vorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Erfindung kann zum Beispiel auf alle Arten von Sensoren anwendbar sein. Zum Beispiel kann die elektronische Anordnung 160 einen Ultraschallwandler tragen, der zum Eintauchen in eine aggressive Flüssigkeit, wie zum Beispiel Harnstoff, ausgebildet ist. Mit der vorliegenden Erfindung kann eine ordnungsgemäße elektrische Verbindung zwischen der für ihre Abdichtung in dem Dichtungselement 150 eingebetteten elektronischen Anordnung 160 und einer zugehörigen Steuereinheit gewährleistet werden.
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Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die oben genannte Art von Sensoren beschränkt. Zum Beispiel kann die vorliegende Erfindung auch auf Türgriffsensoren, induktive Rotorpositionssensoren, NOx-Sensoren, Schwingungssensoren und jegliche andere Art von Sensor, bei der eine ordnungsgemäße Abdichtung eines Kabelbaums verlangt und benötigt wird, anwendbar sein. Die vorliegende Erfindung kann spezielle Anwendung in jeglicher elektrischen Verbindung finden, bei der ein Duroplastumspritzungsprozess danach angewandt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008009620 A1 [0005]
- JP 6142807 B2 [0005]
- JP 2003086266 A [0005]
- DE 19613228 B4 [0005]
- US 5380224 A [0005]
