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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung für ein Fahrzeug, aufweisend einen Schaltungsträger, einen elastischen Niederhalter und wenigstens einen elastischen Außendämpfer. Die Erfindung betrifft auch das Fahrzeug mit dieser Sensorvorrichtung. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der Sensorvorrichtung und ein Montageverfahren zur Montage der Sensorvorrichtung an einer Komponente eines Fahrzeugs.
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Stand der Technik
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Die Schrift
DE 10 2005 022 399 A1 offenbart Sensoren zum Einsatz in Kraftfahrzeugen, welche in Sensorgehäusen eingebaut sind. Die Schrift offenbart insbesondere eine Vorrichtung zur Befestigung eines einen Sensor aufweisenden Schaltungsträgers in einem mit einem Deckel verschließbaren Gehäuse. Diese Vorrichtung umfasst ein Halteelement für den Schaltungsträger und einem am Halteelement gegenüberliegend angeordneten Niederhalter, wobei der Niederhalter elastisch ausgebildet ist.
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Fahrzeugkomponenten können im Betrieb vibrieren, beispielsweise durch die Fahrt auf einer unebenen Straße und/oder durch Vibrationen des Antriebsmotors. Eine Außenseite der Sensorvorrichtung kann mit vibrierenden Fahrzeugkomponenten in mechanischen Kontakt kommen, wodurch potentielle Störsignale für einen Mikrofonsensor der Sensorvorrichtung erzeugt werden. Zur Reduktion einer Schalldämpfung ist es des Weiteren bei Mikrofonen vorteilhaft, wenn ein Abstand zwischen einer Eintrittsseite des Schalls, beispielsweise an einer Membran, und dem Mikrofonsensor kleinstmöglich ist. Begründet werden kann dies dadurch, dass die mittels eines Mikrofon-Sensors erfasste Signalqualität abhängig von der Länge eines Schallkanals zwischen der Membran und dem Mikrofonsensor ist, welcher vorteilhafterweise zur Reduktion einer Schalldämpfung so kurz wie möglich gehalten werden sollte. Der Verbau eines Sensorgehäuses einer Sensorvorrichtung mit einem Mikrofonsensor liegt somit vorzugsweise nah an einer jeweiligen Fahrzeugkomponente, wodurch allerdings auch die Risiken eines störenden mechanischen Kontaktes zu einer vibrierenden Fahrzeugkomponente steigen. Mit anderen Worten liegt typischerweise ein Spalt zwischen der Fahrzeugkomponente und dem Sensorgehäuse der Sensorvorrichtung vor. Im Betrieb liegt in bestimmten Situationen ein Risiko des Anschlagens einer Außenseite der Sensorvorrichtung an eine vibrierende Fahrzeugkomponente vor. Eine Überlagerung des mittels des Mikrofons erfassten Umgebungsschalls mit dem erzeugten Schallstörsignal beziehungsweise mit einem Klappern durch einen mechanischen Kontakt zwischen der Außenseite der Sensorvorrichtung und der Fahrzeugkomponente reduziert die erfasste Signalqualität erheblich. Beispielsweise sind dann mittels des Mikrofons leise Umgebungsgeräusche kaum oder gar nicht mehr basierend auf dem erfassten Umgebungsschall ermittelbar. Mikrofone in Fahrzeugen werden zukünftig für autonome Fahrfunktionen an Bedeutung gewinnen, beispielsweise zur Erfassung von Hupsignalen und/oder akustischen Signalen der Sirenen von Einsatzfahrzeugen, beispielsweise von Einsatzfahrzeuge der Feuerwehr oder der Polizei.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Sensorvorrichtung mit einem Mikrofonsensor für Fahrzeugen zu verbessern.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend der unabhängigen Ansprüche 1, 5, 6 und 8 gelöst.
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung, aufweisend einen Schaltungsträger. Der Schaltungsträger umfasst einen Mikrofonsensor beziehungsweise einen akustischen Sensor, welcher vorteilhafterweise dazu eingerichtet ist, zumindest die für den Menschen hörbaren Frequenzen des Schalls in der Umgebung zu erfassen. Die Sensorvorrichtung umfasst auch ein Sensorgehäuse, umfassend einen Deckel und einen Gehäusekörper, wobei der Gehäusekörper einen Innenraum aufweist. Der Schaltungsträge ist im Innenraum des Gehäusekörpers angeordnet beziehungsweise aufgenommen. Die Sensorvorrichtung weist des Weiteren vorteilhafterweise mindestens ein Halteelement an dem Deckel und/oder dem Gehäusekörper auf, welches dazu eingerichtet ist, den Schaltungsträger im Innenraum des Gehäusekörpers zu halten. Die Sensorvorrichtung weist des Weiteren wenigstens einen elastischen Außendämpfer auf, welcher an einer Außenseite des Sensorgehäuses angeordnet ist. Vorzugsweise ist der elastische Außendämpfer an einer Außenseite des Deckels und/oder an einer Außenseite des Gehäusekörpers angeordnet. Der elastische Außendämpfer ist insbesondere dazu eingerichtet, mechanische Vibrationen und/oder eine akustische Vibration einer Komponente eines Fahrzeugs gegenüber dem Sensorgehäuse der Sensorvorrichtung zumindest zu reduzieren beziehungsweise eine mechanische beziehungsweise akustische Entkopplung zwischen der Komponente des Fahrzeugs und der Sensorvorrichtung mit dem Mikrofonsensor zu erzielen. Durch die Erfindung resultiert der Vorteil, dass die Sensorvorrichtung deutlich näher an einer Komponente des Fahrzeugs montiert werden kann, da die mechanischen Vibrationen zwischen der Sensorvorrichtung und der Fahrzeugkomponente minimiert sind. Dadurch kann der Schallkanal verkürzt und die Schalldämpfung reduziert werden, wodurch die Qualität des erfassten Schallsignals steigt. Mit der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung können Schallsignale aus der Umgebung des Fahrzeugs besser differenziert und/oder leisere Schallsignale erfasst beziehungsweise ermittelt werden. Dadurch werden verbesserte teil- oder vollautonome Fahrfunktionen eines Fahrzeugs ermöglicht, beispielsweise eine automatische Reaktion des Fahrzeugs auf ein Hupen oder einen herannahenden Krankenwagen durch Bildung einer Rettungsgasse.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Sensorvorrichtung mindestens einen elastischen Niederhalter. Der wenigstens eine elastische Niederhalter ist an dem Deckel und/oder dem Gehäusekörper angeordnet. Der elastische Niederhalter ist so an dem Deckel und/oder dem Gehäusekörper angeordnet, dass der Niederhalter der Sensorvorrichtung dazu eingerichtet ist, eine Haltekraft auf den Schaltungsträger zu erzeugen, so dass der Schaltungsträger gegen die Halteelemente gedrückt und fixiert wird. Mit anderen Worten ist der Schaltungsträger vorteilhafterweise zwischen dem elastischen Niederhalter und dem Halteelement angeordnet, wobei der Schaltungsträger durch eine Federkraft des elastischen Niederhalters gegen das Halteelement verspannt ist. Der Niederhalter ist also dazu eingerichtet, eine Haltekraft auf den Schaltungsträger zu erzeugen, so dass der Schaltungsträger im Innenraum des Gehäusekörpers fixiert wird. Der elastische Außendämpfer und der elastische Niederhalter sind einteilig beziehungsweise einstückig ausgeführt, wobei der Deckel und/oder der Gehäusekörper vorzugsweise Durchführungen aufweist. Mit anderen Worten umfassen der elastische Außendämpfer und der elastische Niederhalter ein gemeinsames elastisches Material. Der elastische Außendämpfer und der elastische Niederhalter sind bevorzugt als ein Einlegeteil ausgestaltet oder werden gemeinsam zusammen in einem Kunststoff-Spritzgussverfahren hergestellt. Durch diese Ausgestaltung können der elastische Außendämpfer sowie der Niederhalter kostengünstig zusammen hergestellt werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung umfasst das Sensorgehäuse zusätzlich wenigstens ein Dichtungselement, wobei das Dichtungselement elastisch ist. Das Dichtungselement ist vorteilhafterweise am Deckel angeordnet. Alternativ oder zusätzlich ist das Dichtungselement am Gehäusekörper des Sensorgehäuses angeordnet. Das Dichtungselement ist insbesondere dazu eingerichtet, den Schallkanal des Gehäusegrundkörpers gegenüber dem Innenraum des Sensorgehäuses schalldicht abzudichten. Der Außendämpfer und das Dichtungselement sind vorteilhafterweise einteilig beziehungsweise einstückig ausgeführt, wobei der Deckel und/oder der Gehäusekörper vorzugsweise Durchführungen aufweist. Mit anderen Worten umfassen der elastische Außendämpfer und das Dichtungselement vorteilhafterweise ein gemeinsames elastisches Material, beispielsweise ein Elastomer wie Silikon. Der elastische Außendämpfer und das Dichtungselement sind bevorzugt außerdem als ein Einlegeteil ausgestaltet oder werden gemeinsam zusammen in einem Kunststoffspritzgussverfahren hergestellt. Durch diese Ausgestaltung kann der Außendämpfer kostengünstig und ohne zusätzlichen Prozessschritt hergestellt werden.
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In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung weist die Außenseite des Sensorgehäuses im Bereich einer Durchführung des Deckels und/oder des Gehäusekörpers zur Herstellung des Außendämpfers eine vergrößerte Oberfläche und/oder Hinterschneidungen auf. Durch diese Ausführung wird vorteilhafterweise eine Dichtung des Innenraumes des Gehäusekörpers gegenüber Umgebungseinflüssen gewährleistet.
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Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug, umfassend die erfindungsgemäße Sensorvorrichtung mit dem Mikrofonsensor. Das Fahrzeug weist demnach die Vorteile der Sensorvorrichtung auf, das heißt das Fahrzeug ist durch die erfindungsgemäße Sensorvorrichtung dazu eingerichtet, Schallsignale aus der Umgebung in erhöhter Qualität zu erfassen, da der Schallkanal des Mikrofonsensors verkürzt beziehungsweise die Dämpfung minimiert ist und die Störsignale für den Mikrofonsensor durch bessere akustische Entkopplung zwischen Komponenten des Fahrzeugs und der Sensorvorrichtung reduziert sind.
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Die Erfindung betrifft auch ein Fertigungsverfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung. Das Fertigungsverfahren umfasst ein Spritzgießen eines Elastomers zur Ausgestaltung beziehungsweise Herstellung eines elastischen Außendämpfers an einer Außenseite eines Sensorgehäuses der Sensorvorrichtung.
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Vorteilhafterweise wird beim Spritzgießen des Elastomers zusätzlich zum Außendämpfer wenigstens einen Niederhalter und/oder ein Dichtungselement ausgebildet, so dass der Außendämpfer und der Niederhalter und/oder das Dichtungselement einstückig sind. In dieser Ausgestaltung resultiert der Vorteil, dass ein zusätzlicher Prozessschritt zur Herstellung des Außendämpfers und/oder des Niederhalter und/oder des Dichtungselements vermieden wird.
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Es kann des Weiteren vorgesehen sein, dass das Elastomer beim Spritzgießen mittels Verteilkanälen und/oder mittels Durchführungen durch beziehungsweise an einen Deckel und/oder durch beziehungsweise an einem Gehäusekörper des Sensorgehäuses geführt wird. Dadurch wird ein sehr effizientes Spritzgießen erreicht.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Montage einer Sensorvorrichtung an einer Komponente eines Fahrzeugs. Das Montageverfahren weist eine Anordnung der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung mit wenigstens einem elastischen Außendämpfer an der Komponente des Fahrzeugs auf, wobei der Außendämpfer die Komponente unmittelbar kontaktiert und eine Vorspannung des elastischen Außendämpfers erzeugt wird. Durch das Montageverfahren resultiert eine akustische Entkopplung zwischen dem Mikrofonsensor und der Komponente. Außerdem werden Relativbewegungen zwischen der Komponente des Fahrzeugs und der Sensorvorrichtung vermieden.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezug zu den Figuren.
- 1: Fahrzeug
- 2: Sensorvorrichtung, dreidimensional Ansicht mit Fahrzeugkomponente
- 3: Sensorvorrichtung als Explosionszeichnung
- 4: Deckel der Sensorvorrichtung mit Außendämpfer, Vorderseite
- 5: Deckel ohne Außendämpfer mit vergrößerter Oberfläche an Durchführung
- 6: Deckel der Sensorvorrichtung mit Außendämpfer, Rückseite
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Ausführungsbeispiele
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In 1 ist ein Fahrzeug 100 mit einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung 200 schematisch in seitlicher dreidimensionaler Ansicht von vorne abgebildet. Die Sensorvorrichtung 200 ist an einer Fahrzeugkomponente 110, 120, 130, 140 angeordnet, beispielsweise an einem Stoßfänger 120 des Fahrzeugs 100 und/oder an einem Seitenspiegel 130 des Fahrzeugs 100 und/oder an einer Seitenkamera 140 des Fahrzeugs 100. An dem Stoßfänger 120 des Fahrzeugs 100 als Fahrzeugkomponente 110 können benachbart zu der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung 200 beispielsweise Ultraschallsensoren 121 angeordnet sein, welche vorteilhafterweise für einen Betrachter des Fahrzeugs 100 visuell ein ähnliches Erscheinungsbild aufweisen. Die Seitenkamera 140 als Fahrzeugkomponente 110 kann beispielsweise Teil eines Rundumsicht-Systems oder einer Stereokamera sein. Die Sensorvorrichtung 200 kann alternativ an einem in 1 nicht dargestellten an der Rückseite des Fahrzeugs 100 ausgerichteten Stoßfänger 120 angeordnet und in die rückwärtige Umgebung hin ausgerichtet und/oder beispielsweise an einer nicht dargestellten Rückfahrkamera des Fahrzeugs 100 und/oder an einem nicht dargestellten Dachaufbau des Fahrzeugs 100 angeordnet sein.
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In 2 ist die Sensorvorrichtung 200 beispielhaft schematisch in seitlicher Ansicht eines Querschnitts dargestellt, wobei die Sensorvorrichtung 200 an einer Fahrzeugkomponente 110 montiert ist. Die Sensorvorrichtung 200 umfasst einen Schaltungsträger 330 mit einem Mikrofonsensor 340, wobei der Schaltungsträger 330 in einem Innenraum 235 eines Gehäusekörpers 230 eines Sensorgehäuses 210 aufgenommen beziehungsweise angeordnet beziehungsweise gehalten ist. Die Fahrzeugkomponente 110 umfasst vorteilhafterweise eine Durchgangsöffnung 111. In die Durchgangsöffnung 111 ist vorzugsweise die mit einer Membran 112 verschlossene Sensorvorrichtung 200 montiert, wobei die Membran 112 dazu eingerichtet ist, einen Schallkanal 290 zwischen der Membran 112 und dem Mikrofonsensor 340 der Sensorvorrichtung 200 vor Umgebungseinflüssen zu schützen und Schallschwingungen aufzunehmen sowie die aufgenommenen Schallschwingungen in den Schallkanal 290 zu übertragen. Die Durchgangsöffnung 111 der Fahrzeugkomponente 110 ist vorteilhafterweise kreisförmig ausgeführt und zur Aufnahme einer, insbesondere zylindrischen, Ausformung 211 eines Sensorgehäuses 210 der Sensorvorrichtung 200 mit zumindest einem Teil des Schallkanals 290 eingerichtet. Das Sensorgehäuse 200 umfasst einen Deckel 220 und einen Gehäusekörper 230. In diesem Beispiel weist die zylindrische Ausformung 211 einen Teil des Schallkanals auf und ist am Deckel 220 angeordnet. Es kann alternativ vorgesehen sein, dass die Ausformung 211 am Gehäusekörper 230 angeordnet ist. In 2 ist die Anordnung von zwei Außendämpfern 240 zwischen dem Deckel 220 und der Fahrzeugkomponente 110 dargestellt, wobei die Fahrzeugkomponente beispielsweise ein Stoßfänger ist. Bevorzugt sind an wenigstens einer Außenseite 280 des Sensorgehäuses 210 wenigstens drei Außendämpfer 240 angeordnet, insbesondere umfasst die Sensorvorrichtung 200 vier Außendämpfer 240, welche an wenigstens einer Außenseite 280 des Sensorgehäuses 210 angeordnet sind. Die Außendämpfer 240 sind vorteilhafterweise in direktem beziehungsweise unmittelbarem Kontakt mit der Fahrzeugkomponente 110. Die Außendämpfer 240 sind dazu eingerichtet, akustische Vibrationen der Fahrzeugkomponente 110 zu dämpfen, so dass der Mikrofonsensor 340 des Schaltungsträgers 330 vor Störgeräuschen, beispielsweise basierend auf der vibrierenden Fahrzeugkomponente 110, 120, geschützt ist.
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In 3 ist die Sensorvorrichtung 200 als Explosionszeichnung schematisch und in seitlicher Ansicht dargestellt. Die Sensorvorrichtung 200 umfasst das Sensorgehäuse 210, aufweisend den Deckel 220 und den Gehäusekörper 230. An der außenliegenden Oberseite beziehungsweise der Außenseite 221 des Deckels 220 sind vier Außendämpfer 240 angeordnet. Der Deckel 220 weist unterhalb von jedem Außendämpfer 240 jeweils eine Durchführung 223 beziehungsweise Durchgangsöffnung auf. An der Innenseite 222 des Deckels 220 sind vorteilhafterweise an jeder Durchführung 223 jeweils Niederhalter 310 angeordnet beziehungsweise ausgeformt (siehe auch 2). Der Niederhalter 310 und der Außendämpfer 240 an einer Durchführungen 223 sind miteinander durch die Durchführung 223 verbunden und umfassen ein elastisches Material beziehungsweise ein Elastomer, beispielsweise ein Silikon (siehe auch 2). Der Niederhalter 310 und der Außendämpfer 240 an einer Durchführung 223 sind folglich einteilig ausgeführt. Besonders bevorzugt sind alle Niederhalter 310 und Außendämpfer 240 miteinander verbunden beziehungsweise einteilig ausgeführt. Beispielsweise werden die Niederhalter 310 und die Außendämpfer 240 in einem Spritzgussprozess gemeinsam hergestellt, wobei der Deckel 220 vorteilhafterweise zu diesem Zweck Verteilerkanäle (nicht dargestellt) für den Spritzgussprozess aufweist. Alternativ können die Niederhalter 310 und die Außendämpfer 240 Teil eines von dem Deckel 220 separat hergestellten elastischen Einlegeteiles sein, welches durch die Durchführungen 223 gedrückt und am Deckel 220 form- und/oder kraftschlüssig fixiert wird. Besonders bevorzugt sind die Niederhalter 310 und die Außendämpfer 240 einteilig mit einem Teil eines elastischen Dichtungselement 320 verbunden (siehe auch 2). Das Dichtungselement 320 dient zur Abdichtung beziehungsweise Ausbildung zumindest eines Teils des Schallkanals 290 für den Mikrofonsensor 340 gegenüber dem Innenraum 235 des Gehäusekörpers 230 (siehe auch 2). Mit anderen Worten sind vorteilhafterweise die Niederhalter 310, die Außendämpfer 240 und das Dichtungselement 320 elastisch und einteilig ausgeführt, d.h. miteinander stofflich verbunden. Die Niederhalter 310 und die Außendämpfer 240 sowie das Dichtungselement 320 werden vorteilhafterweise in einem gemeinsamen Spritgussprozess oder als einteiliges Einlegeteil hergestellt. Die Sensorvorrichtung 200 umfasst des Weiteren den Schaltungsträger 330 mit dem Mikrofonsensor 340. Der Schaltungsträger 330 ist dazu eingerichtet, in dem Innenraum 231 des Gehäusekörper 230 gehalten beziehungsweise aufgenommen zu sein.
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In 4 ist ein Deckel 220 des Sensorgehäuses der Sensorvorrichtung mit vier Außendämpfer 240 schematisch in einer Aufsicht von oben auf die Vorderseite 225 der Sensorvorrichtung 200 beziehungsweise auf die Außenseite 221, 280 des Deckels 220 dargestellt. Die vier Außendämpfer 240 sind vorteilhafterweise symmetrisch um die Ausformung 211 des Deckels 220 angeordnet, wobei die Ausformung die Durchführung beziehungsweise Öffnung des Schallkanals 290 umfasst.
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In 5 ist der Deckel aus 4 ohne Außendämpfer mit vergrößerter Oberfläche in einem Dichtbereich 241 an den Durchführungen 223 dargestellt. Die vergrößerte Oberfläche im Dichtbereich 241 dient zur verbesserten Abdichtung des Innenraums 235 des Sensorgehäuses 210 vor schädlichen Umgebungseinflüssen, wie Schmutz, Feuchte etc.. Die vergrößerte Oberfläche im Dichtbereich 241 an den Durchführungen 223 kann beispielsweise durch Ausformungen, Hinterschneidungen, Nuten oder Aufrauhungen erzeugt werden.
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In 6 ist eine Ansicht von oben auf die Rückseite 610 des Deckels aus den 4 bis 5 dargestellt. Zu erkennen sind die Niederhalter 310 welche an der den Durchführungen 223 auf der Rückseite 610 des Deckels 220 angeordnet sind.
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Dargestellt ist auch das Dichtelement 320, welches als Hohlzylinder ausgeformt ist und in seinem Inneren zumindest einen Teil des Schallkanals 290 ausbildet. Der Deckel 220 weist Verteilerkanäle 620 auf, welche als Rinnen beziehungsweise als Nut zwischen Auswandungen 630 ausgeformt sind. Im Spritzgussprozess wird das Elastomer beispielsweise im Bereich des Dichtelements eingespritzt und über die Verteilerkanäle 620 zu den Niederhaltern 310 durch die Durchführung zur Ausgestaltung der Außendämpfer 240 gespritzt. Somit resultiert ein einteiliges beziehungsweise stofflich verbundenes Elastomerteil, welches die Außendämpfer, die Niederhalter 310 und das Dichtungselement 320 umfasst. Das Elastomerteil kann auch als Einlegeteil ausgeformt, das heißt separat vom Deckel hergestellt und auf den Deckel montiert sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005022399 A1 [0002]
