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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Steckerverbinder für ein Sensorelement. Insbesondere ist mit dem Steckerverbinder das Sensorelement elektrisch kontaktierbar. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Steckerverbinders. Schließlich betrifft die Erfindung eine Sensoranordnung umfassend einen derartigen Steckerverbinder.
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Aus dem Stand der Technik sind Steckerverbinder für Sensorelemente bekannt. Derartige Steckerverbinder dienen zum Anbinden von Sensorelementen an weiteren elektronischen Komponenten über spezifische Stecker. Dazu weist ein Steckerverbinder Kontaktierungselemente auf, die einerseits elektrische Kontakte des Sensorelements kontaktieren, andererseits einen spezifischen Stecker bilden. Dieser Stecker kann je nach Wunsch unterschiedlich gefertigt sein. An den Stecker lassen sich dann weitere elektronische Komponenten anbinden.
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Ein Steckerverbinder aus dem Stand der Technik ist beispielsweise in der
DE 10 2012 201 416 A1 beschrieben. Bei diesem Steckerverbinder muss das Sensorelement elektronische Kontakte in Form von Spiralfedern aufweisen, um einen Toleranzausgleich durchführen zu können, damit ein zuverlässiger elektrischer Kontakt vorhanden ist. Somit ist die Fertigung des Sensorelements sehr aufwendig.
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Offenbarung der Erfindung
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Der erfindungsgemäße Steckerverbinder mit den Merkmalen des Anspruchs 1 ermöglicht das Sensorelement sehr einfach zu fertigen. Insbesondere muss das Sensorelement lediglich einen elektrischen Kontaktpunkt, insbesondere in Form eines Lötpunktes, aufweisen. Dies wird dadurch erreicht, dass der Steckerverbinder selbst eine federnde Wirkung bereitstellt. Der erfindungsgemäße Steckerverbinder zum elektrischen Kontaktieren des Sensorelements umfasst ein Gehäuse und zumindest ein elektrisch leitfähiges Kontaktierungselement. Das Kontaktierungselement weist einen Anschlussbereich, einen Federbereich und einen dazwischenliegenden Mittelbereich auf. Der Anschlussbereich ist zum elektrischen Kontaktieren einer weiteren elektronischen Komponente ausgebildet. Besonders vorteilhaft bildet der Anschlussbereich zusammen mit dem Gehäuse eine Steckverbindung zum Einstecken eines entsprechenden Gegensteckers der weiteren elektronischen Komponente. Der Mittelbereich verläuft zumindest teilweise an oder in dem Gehäuse. Vorteilhafterweise ist der Mittelbereich an oder in dem Gehäuse befestigt. Der Federbereich ist zum elektrischen Kontaktieren des Sensorelements ausgebildet. Dazu ist vorgesehen, dass der Federbereich gegenüber dem Mittelbereich an zumindest einem Biegepunkt gebogen ist. Durch den Biegepunkt ist somit eine elastische Verformung des Federbereiches gegenüber dem Mittelbereich ermöglicht. Diese elastische Verformbarkeit stellt somit eine Federwirkung dar. Die Federwirkung ist insbesondere dann vorhanden, wenn ein Biegemoment auf den Federbereich wirkt. Ein solches Biegemoment kann insbesondere durch eine auf den Federbereich wirkende Kraft erzeugt werden, die von dem Biegepunkt entfernt anliegt. Der Federbereich kann daher vorteilhafterweise einen axialen Toleranzausgleich zwischen dem Steckerverbinder und einem elektrischen Kontaktpunkt eines an dem Steckerverbinder angeordneten Sensorelements bewirken. Vorteilhafterweise stellt das Kontaktierungselement somit eine L-Feder dar. Damit weist das Kontaktierungselement bereits eine Federwirkung auf, sodass elektrische Kontaktpunkte des Sensorelements keine Federwirkung umfassen müssen. Somit sind die elektrischen Kontaktpunkte des Sensorelements und damit das Sensorelement selbst sehr einfach und kostengünstig zu fertigen. Insbesondere ist für jeden elektrischen Kontaktpunkt des Sensorelements ein Kontaktierungselement vorhanden.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung. Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Mittelbereich des Kontaktierungselements in das Gehäuse eingespritzt ist oder von dem Gehäuse umspritzt ist. Durch den Spritzprozess ist das Kontaktierungselement, insbesondere der Mittelbereich des Kontaktierungselements, sicher und zuverlässig in dem Gehäuse befestigt. Bevorzugt ist das Gehäuse ein Kunststoffspritzgussgehäuse.
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Das Kontaktierungselement weist an dem Biegepunkt vorteilhafterweise eine Anprägung oder einen Einschnitt auf. Über die Anprägung oder den Einschnitt ist die Biegung an dem Biegepunkt sehr einfach und kostengünstig herstellbar, da eine definierte Zone vorgegeben ist, an der die Biegung erfolgen soll. Auf diese Weise lässt sich eine benötigte Kontaktkraft zum Kontaktieren des Sensorelementes durch den Federbereich sehr genau einstellen. Außerdem sind die nicht gebogenen Bereiche außerhalb des Biegepunkts von mechanischen Spannungen zumindest teilweise entlastet. Weiterhin ermöglicht die Anprägung oder der Einschnitt vorteilhafterweise die elektrischen Kontaktpunkte des Sensorelements vor Überlast zu schützen, da die für die plastische Verformung des, den jeweiligen elektrischen Kontaktpunkt kontaktierenden, Federbereichs benötigte Kraft geringer als die Belastbarkeit der Kontaktelemente ist.
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Der Mittelbereich des Kontaktierungselements weist bevorzugt ein Längsteil sowie ein senkrecht zu dem Längsteil verlaufendes Querteil auf. Das Längsteil verbindet den Federbereich mit dem Anschlussbereich. Dahingegen verläuft das Querteil senkrecht zu dem Längsteil und erlaubt eine Verankerung des Mittelbereichs in dem Gehäuse. Durch Längsteil und Querteil ist somit insbesondere eine T-Form realisiert. Das Vorsehen von Längsteil und Querteil ermöglicht, insbesondere durch die Verankerungswirkung, einen definierten Biegeprozess des Federbereichs an dem Biegepunkt mit reduzierter Belastung des Gehäuses. Insbesondere ist das Gehäuse aus einem Kunststoff gefertigt, sodass durch die reduzierte Belastung sichergestellt ist, dass der Kunststoff nicht überlastet wird. Außerdem besteht die Möglichkeit, dass im Lastfall ein Biegemoment auf eine vergrößerte Fläche innerhalb des Gehäuses verteilt werden kann, da das Biegemoment sowohl über das Längsteil als auch über das Querteil in das Gehäuse eingebracht werden kann. Somit sind lokale Spannungsspitzen vermieden.
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Bevorzugt weist zumindest der Federbereich einen Überzug aus einem Edelmetall auf. Der Überzug kann selektiv oder vollflächig aufgebracht sein. Insbesondere ist der Überzug aus Gold. Somit ist ein elektrischer Übergangswiderstand an der Kontaktstelle zwischen dem Kontaktierungselement, insbesondere dem Federbereich, und dem Sensorelement, insbesondere dem elektrischen Kontaktpunkt, vermindert.
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Der Federbereich verläuft zwischen dem Biegepunkt und einem Ende des Kontaktierungselements vorteilhafterweise gradlinig. Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass der Federbereich zumindest an dem Ende des Kontaktierungselements konvex geformt ist, bevorzugt eine konvexe Anprägung und/oder einen Einschnitt aufweist. Insbesondere durch die konvexe Form ist eine toleranzunempfindliche und großflächige Kontaktierungsstelle zum Kontaktieren des elektrischen Kontaktpunkts des Sensorelements vorhanden. Somit kann trotz Schwankung in Position der Kontaktpartner, insbesondere aufgrund thermischer Ausdehnung, eine stabile elektrische Verbindung gewährleistet werden.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Sensoranordnung, die ein Sensorelement sowie einen Steckerverbinder wie zuvor beschrieben umfasst. Das Sensorelement weist vorteilhafterweise eine Vielzahl von elektrischen Kontaktpunkten auf, wobei der Steckerverbinder insbesondere dieselbe Anzahl an Kontaktierungselementen wie elektrische Kontaktpunkte des Sensorelements aufweist. Dabei ist das Sensorelement mit dem Steckerverbinder mechanisch verbunden, wobei die Federbereiche der Kontaktierungselemente die elektrischen Kontaktpunkte des Sensorelementes kontaktieren. Das Sensorelement ist somit sehr einfach und kostengünstig herstellbar, da dieses lediglich elektrische Kontaktpunkte, vorteilhafterweise in Form von Kontaktpins oder Lötpunkten, bereitstellen muss. Eine darüber hinausgehende Anforderung, wie insbesondere das Bereitstellen von Spiralfedern wie im Stand der Technik, ist somit nicht notwendig. Gleichzeitig ist der Federbereich des Steckerverbinders sehr einfach und kostengünstig fertigbar, da dieser durch einen einfachen Biegeprozess fertigbar ist.
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Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Herstellen eines Steckerverbinders zum elektrischen Kontaktieren eines Sensorelementes. Der Steckerverbinder ist vorteilhafterweise ein Steckerverbinder wie zuvor beschrieben. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Zunächst erfolgt ein Bereitstellen eines Gehäuses. An das Gehäuse wird zumindest ein Mittelbereich eines elektrisch leitfähigen Kontaktierungselementes angebracht. Dabei ist die Reihenfolge des Bereitstellens des Gehäuses und des Anbringens des Mittelbereiches beliebig. So kann entweder zunächst ein Gehäuse bereitgestellt werden und das Kontaktierungselement an diesem angebracht werden, oder alternativ das Gehäuse um das Kontaktierungselement herum geformt werden, wodurch die Schritte des Bereitstellens des Gehäuses und des Anbringens des Mittelbereichs gleichzeitig erfolgen. Anschließend erfolgt ein Biegen eines Federbereiches des Kontaktierungselements an einem Biegepunkt. Somit ist der Federbereich gegenüber dem restlichen Kontaktierungselement, insbesondere gegenüber dem Mittelbereich, verbogen. Der Biegepunkt und der Federbereich stellen somit vorteilhafterweise eine Federwirkung bereit, da der Federbereich durch den Biegepunkt gegenüber dem Mittelbereich elastisch und/oder plastisch verformbar ist. Vorteilhafterweise weist das Kontaktierungselement einen Anschlussbereich zum elektrischen Kontaktieren einer weiteren elektronischen Komponente auf. Der Federbereich ist zum elektrischen Kontaktieren des Sensorelements ausgebildet. Der Mittelbereich erstreckt sich zwischen dem Federbereich und dem Anschlussbereich. Das erfindungsgemäße Verfahren ist somit sehr einfach und kostengünstig anwendbar. Insbesondere ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren der Steckerverbinder sehr einfach und kostengünstig fertigbar. Insbesondere weist der Steckerverbinder dieselben Komponenten auf, wie ein bekannter Steckerverbinder aus dem Stand der Technik. Somit muss ein zusätzlicher Schritt, nämlich der Schritt des Biegens des Federbereichs, durchgeführt werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird das Gehäuse durch Umspritzen des Mittelbereichs des Kontaktierungselementes mit einem elektrisch isolierenden Material bereitgestellt. Das elektrisch isolierende Material ist bevorzugt ein Kunststoff. Somit werden insbesondere ein oder mehrere Kontaktierungselemente in einem Spritzgusswerkzeug bereitgestellt, wobei das Gehäuse um die Kontaktierungselemente, insbesondere um die Mittelbereiche der Kontaktierungselemente, herum gespritzt wird. Somit erfolgt insbesondere der zuvor beschriebene Schritt des Bereitstellens des Gehäuses gleichzeitig mit dem beschriebenen Schritt des Anbringens des zumindest einen Mittelbereichs.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Verfahren derart durchgeführt, dass das Biegen des Federbereiches innerhalb eines Spritzgusswerkzeuges erfolgt. Alternativ erfolgt das Biegen des Federbereichs in einem separaten Schritt und/oder durch ein eigenes Werkzeug. Insbesondere kann das Spritzgusswerkzug derart adaptiert sein, dass dieses mit einem zusätzlichen Biegewerkzeug den Federbereich biegt. Somit lässt sich der Steckerverbinder mit einem geringen Zeitaufwand herstellen. Insbesondere durch die Freistellung des Federbereichs ist eine Abdichtmöglichkeit des Kontaktierungselements in einem Spritzgießwerkzeug ermöglicht, wodurch zudem eine Fixierung des Kontaktierungselements durch ein Biegewerkzeug realisiert werden kann.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
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1 eine schematische Abbildung einer Sensoranordnung mit einem Steckerverbinder gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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2 eine schematische Detailansicht des Steckerverbinders gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung beim Kontaktieren des Sensorelementes,
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3 eine schematische Ansicht des Steckerverbinders gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung vor dem Biegen des Federbereiches, und
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4 eine schematische Abbildung des Steckerverbinders gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung nach dem Biegen des Federbereiches.
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1 zeigt schematisch eine Sensoranordnung 11 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Sensoranordnung 1 umfasst einen Steckerverbinder 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Steckerverbinder 1 dient zum elektrischen Kontaktieren von elektrischen Kontaktpunkten 12 eines Sensorelementes 2. Die elektrischen Kontaktpunkte 12 sind als Kontaktpins ausgebildet. Der Steckerverbinder 1 erlaubt dabei ein Anbinden des Sensorelements 2 an weitere elektronische Komponenten, indem der Steckerverbinder 1 als Adapter fungiert. Dazu weist der Steckerverbinder 1 eine Vielzahl von Kontaktierungselementen 4 auf. Die Kontaktierungselement 4 dienen einerseits zum Kontaktieren der elektrischen Kontaktpunkte 12 des Sensorelements 2 und andererseits zum Bereitstellen einer Schnittstelle zum Anbinden der weiteren elektronischen Komponenten. Die Schnittstelle kann dabei nach unterschiedlichen Vorgaben verschieden gefertigt sein.
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Die Kontaktierungselement 4 umfassen jeweils einen Federbereich 7, einen Mittelbereich 6 und einen Anschlussbereich 5. Der Anschlussbereich 5 dient zur Anbindung der weiteren elektronischen Komponenten. Der Federbereich 7 auf der anderen Seite dient zum Kontaktieren der elektrischen Kontakte 12 des Sensorelements 2. Der Mittelbereich 6 verbindet den Anschlussbereich 5 und den Federbereich 7.
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Außerdem ist vorgesehen, dass der Mittelbereich 6 zumindest teilweise von einem Gehäuse 3 des Steckerverbinders 1 umgeben ist. Dazu ist das Gehäuse 3 vorteilhafterweise um die Kontaktierungselemente 4 gespritzt. Das Gehäuse 3 ist somit ein Spritzgussgehäuse. Außerdem ist vorgesehen, dass das Gehäuse 3 vorteilhafterweise aus einem Kunststoff gefertigt ist. Zusammen mit dem Gehäuse 3 bilden die Anschlussbereiche 5 der einzelnen Kontaktierungselemente 4 eine spezifische Einsteckverbindung zum Einstecken eines Gegensteckers der weiteren elektronischen Komponente. Je nach Anforderung kann die Form des Gehäuses 3 und die Anordnung der Anschlussbereiche variiert werden, um unterschiedliche Einsteckverbindungen zu erhalten. Somit lässt sich mit dem Steckerverbinder 1 eine Anbindung des Sensorelements 2 an unterschiedliche elektronische Komponenten realisieren.
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Der Mittelbereich 6 jedes Kontaktierungselementes 4 weist ein Längsteil 8 und ein senkrecht zu dem Längsteils 8 orientiertes Querteil 9 auf. Dabei stellt das Längsteil 8 die Verbindung zwischen dem Federbereich 7 und dem Anschlussbereich 5 her. Das Längsteil 8 kann insbesondere gebogen sein, um den Ort des Anschlussbereichs 5 zu variieren, wobei das Längsteil 8 insbesondere senkrecht zu dem Querteil 9 orientiert ist. Das Querteil 9 dient zum Verankern des Kontaktierungselementes 4 innerhalb des Gehäuses 3. Außerdem ermöglicht das Querteil 9 eine große Auflagefläche des Mittelbereiches 6 in dem Gehäuse 3. Somit lassen sich Belastungen, insbesondere Biegebelastungen, die auf den Federbereich 7 oder auf den Anschlussbereich 5 des Kontaktierungselementes 4 wirken, großflächig in das Gehäuse 3 einleiten. Auf diese Weise sind lokale Spannungsspitzen und/oder Überlastungen des Kunststoffes des Gehäuses 3 vermieden.
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Das Sensorelement 2 ist vorteilhafterweise ein Mitteldrucksensor mit einem Sensorgehäuse sowie mit elektrischen Kontaktpunkten 12. Durch die Federbereiche 7 der Kontaktierungselemente 4 ist ein elektrischer Kontakt zwischen Kontaktierungselement 4 und elektrischem Kontaktpunkt 12 stets sichergestellt. Dabei müssen die elektrischen Kontaktpunkte 12 des Sensorelementes 2 keine besonderen Anforderungen erfüllen. Die elektrischen Kontaktpunkte 12 können somit lediglich Kontaktpins oder Lötpunkte sein.
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2 zeigt schematisch eine Detailansicht des Steckerverbinders 1 beim Kontaktieren der Sensoranordnung 2. Dabei ist ersichtlich, dass die Federbereiche 7 der Kontaktierungselemente 4 an einer Biegestelle 10 gegenüber dem Mittelbereich 6 gebogen sind. Insbesondere weisen die Kontaktierungselemente 4 an der Biegestelle 10 eine Anprägung 13 auf. Somit lässt sich die Biegung der Kontaktierungselemente 4 an der Biegestelle 10 sehr einfach und zuverlässig einfügen. Gleichzeitig werden übrige Bereiche des Kontaktierungselements 4, insbesondere der Mittelbereich 6, während der Biegung des Federbereiches 7 an dem Biegepunkt 10 minimal belastet. Dies führt außerdem zu einer minimalen Belastung des Kunststoffes des Gehäuses 3 während der Biegung des Federbereiches 7 an dem Biegepunkt 10. Durch die zuvor beschriebenen Querteile 9 der Mittelbereiche 6 der Kontaktierungselemente 4 lässt sich außerdem eine zum Biegen der Federbereiche 7 notwendige Kraft großflächig und damit spannungsspitzenarm in das Gehäuse 3 einleiten.
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Durch die Anprägung 13 lässt sich die Biegung des Federbereichs 7 an der Biegestelle 10 vorteilhafterweise genau einstellen. Somit ist eine Kraft, die minimal zum Herstellen des elektrischen Kontakts zwischen jedem elektrischen Kontaktpunkt 12 und dem zugehörigen Federbereich 7 benötigt wird, einstellbar, wodurch insbesondere eine Überlastung des elektrischen Kontaktpunkts 12 verhindert ist.
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Zum Verbessern des elektrischen Kontakts zwischen elektrischem Kontaktpunkt 12 und Federbereich 7 ist der Federbereich 7 vorteilhafterweise zumindest abschnittsweise vergoldet. Durch die Vergoldung ist ein elektrischer Übergangswiderstand zwischen Federbereich 7 und elektrischem Kontaktpunkt 12 minimiert.
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Die 3 und 4 zeigen den Steckerverbinder 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung während des Biegens der Federbereiche 7 der Kontaktelemente 4. In 3 ist ein Zustand vor dem Biegen gezeigt, in 4 ist ein Zustand nach dem Biegen gezeigt. Das Biegen wird insbesondere während oder nach dem Spritzgießen des Gehäuses 3 durchgeführt. Dabei wird das Biegen vorteilhafterweise in einem Spritzgusswerkzeug und/oder durch ein zusätzliches Biegewerkzeug ausgeführt. Durch die Anprägung 13 ist der Biegepunkt 10 der jeweiligen Biegung bereits vordefiniert. Somit ist eine geringe Kraft zum Biegen der Federbereiche 7 notwendig.
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Durch das Biegen wird jedes Kontaktierungselement 4 zu einer L-Feder umgeformt. Eine solche L-Feder erlaubt daher eine elastische und/oder plastische Verformbarkeit an dem Biegepunkt 10. Somit ist sichergestellt, dass die Federbereiche 7 auf die elektrischen Kontaktpunkte 12 des Sensorelementes 2 eine ausreichend hohe Kraft aufbringen können, um einen sicheren und zuverlässigen elektrischen Kontakt herzustellen.
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Die Federbereiche 7 ermöglichen die folgenden Funktionen: Zum einen erlauben die Federbereiche 7 eine zuverlässige elektrische Kontaktierung zwischen dem Kontaktierungselement 4 und den elektrischen Kontaktpunkten 12 des Sensorelementes 2 über die gesamte Lebensdauer der Sensoranordnung 11 hinweg. Zum anderen erlauben die Federbereiche 7 einen axialen Toleranzausgleich zwischen dem Steckerverbinder 1 und den elektrischen Kontaktpunkten 12 des Sensorelementes 2. Außerdem stellen die Federbereiche 7 einen Überlastschutz des Sensorelementes 2 sicher, sodass eine mechanische Überbeanspruchung des Sensorelementes 2 vermieden ist.
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Der Federbereich 7 kann außerdem bevorzugt eine konvexe Anprägung aufweisen. Die konvexe Anprägung erlaubt ein toleranzunabhängiges großflächiges Kontaktieren des entsprechenden elektrischen Kontaktpunkts 12. Dabei ist stets eine stabile elektrische Verbindung gewährleistet, auch wenn Schwankungen in der Position der Kontaktpartner, insbesondere aufgrund thermischer Ausdehnung, auftreten.
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Es wurde gezeigt, dass der erfindungsgemäße Steckerverbinder 1 sehr einfach und kostengünstig zu fertigen ist. Dabei werden insbesondere nicht mehr Komponenten benötigt, als bei bekannten Steckerverbindern 1 aus dem Stand der Technik. Gleichzeitig erlaubt der Steckerverbinder 1 eine erhebliche Vereinfachung der Fertigung des Sensorelementes 2. Dies wird erreicht durch das überraschend einfache Biegen der Kontaktierungselemente 4 zu einer L-Feder.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012201416 A1 [0003]