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Die Erfindung bezieht sich auf einen stabförmigen Magnetfeldsensor mit einem ein Außengewinde aufweisenden Außengehäuse und mit einer sich parallel zu einer Sensorlängsachse erstreckenden Leiterplatte, wobei das Außengehäuse ein Kunststoffspritzgussbauteil ist und eine das Außengewinde aufweisende, in das Kunststoffspritzgussbauteil eingespritzte Gewindehülse besitzt.
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Ein Magnetfeldsensor der vorgenannten Art ist zum Beispiel als sogenannter Geschwindigkeitsgeber für einen Fahrtenschreiber in einem Kraftfahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, bekannt. Der Magnetfeldsensor wird mittels einer ein Außengewinde aufweisenden Gewindehülse in ein Getriebegehäuse eines Getriebes des Kraftfahrzeugs eingeschraubt und erfasst mithilfe eines Sensorkopfs eine Bewegung eines Getriebezahnrades des Getriebes. Für eine präzise Funktionsweise des Magnetfeldsensors ist eine dauerhaft exakte Positionierung des Sensorkopfs zu dem Getriebezahnrad erforderlich. Ferner erfordert eine dauerhaft zuverlässige Funktionsweise des Magnetfeldsensors einen Schutz insbesondere von elektronischen auf oder an einer Leiterplatte angeordneten Bauteilen des Magnetfeldsensors vor aggressiven Umgebungseinflüssen, wie hohen Temperaturen und Schmierstoffen, in dem Getriebegehäuse. Für einen solchen Schutz ist das Außengehäuse vorgesehen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Magnetfeldsensor der eingangs genannten Art zu schaffen, der eine Reduzierung der Herstellkosten bei gleichzeitig hoher Stabilität des Magnetfeldsensors erlaubt.
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Diese Aufgabe wird mit einem Magnetfeldsensor der eingangs genannten Art und erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Gewindehülse eine im Querschnitt nutförmige Axialflachdurchgangsausnehmung aufweist, wobei die Leiterplatte die Axialflachdurchgangsausnehmung durchgreift und wobei der Raum zwischen Leiterplatte und Ausnehmungswandung der Axialflachdurchgangsausnehmung vollständig mit Kunststoffmaterial des Kunststoffspritzgussbauteils ausgefüllt ist.
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Von besonderem Vorteil bei der Erfindung ist, dass ein innerer Bereich der Gewindehülse zur Anordnung von Bauteilen auf der Leiterplatte genutzt werden kann, ohne dass zum Beispiel eine Gefahr einer Beschädigung einer Kontaktierung solcher Bauteile mit der Leiterplatte beispielsweise durch übermäßige Schwindung des Kunststoffmaterials des Kunststoffspritzgussbauteils, also des Kunststoffmaterials des Außengehäuses, während eines Herstellprozesses bei der Herstellung des Magnetfeldsensors besteht. Mit der Erfindung kann vorteilhaft somit zum einen aufgrund zusätzlicher für eine Bestückung mit Elektronikbauteilen zur Verfügung stehender Leiterplattenfläche eine Längenreduzierung des Magnetfeldsensors und zum anderen aufgrund der Flachheit der Ausnehmung auch eine Einsparung von Kunststoffmaterial bei der Herstellung des Magnetfeldsensors erzielt werden.
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Vorteilhaft können mit der Erfindung unzulässige, zu Beschädigungen führende Spannungsspitzen mechanischer Spannungen an und/oder in Lötverbindungen zwischen der Leiterplatte und auf der Leiterplatte angeordneten Bauteilen, insbesondere Elektronikbauteilen, vermieden werden. Zudem kann das Gewicht des Magnetfeldsensors mit der Erfindung vorteilhaft reduziert werden.
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Zudem wird durch die mit der Erfindung verminderte Materialanhäufung des Kunststoffmaterials und somit schonendere Umhausung von auf der Leiterplatte angeordneten elektronischen Bauteilen eine Reduzierung der mechanischen Beanspruchung der auf der Leiterplatte angeordneten elektronischen Bauteile erreicht, wodurch eine zuverlässige Betriebsweise des Magnetfeldsensors sichergestellt und die Dauerhaltbarkeit des Magnetfeldsensors zusätzlich erhöht wird. Außerdem wird eine Gefahr von Lufteinschlüssen in dem Kunststoffmaterial mit der Erfindung erheblich verringert, und es ergibt sich ein wesentlich verbesserter Bauteilschutz für die elektronischen Bauteile auf der Leiterplatte.
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Die Axialflachdurchgangsausnehmung der Gewindehülse ist im Querschnitt nutförmig, das heißt die Axialflachdurchgangsausnehmung ist eine im ihrem Querschnitt längliche, in axialer Richtung durch die Gewindehülse hindurchgehende Vertiefung in der Gewindehülse. Die Axialflachdurchgangsausnehmung nimmt die im Querschnitt korrespondierende Leiterplatte auf. Der Querschnitt der Axialflachdurchgangsausnehmung ist in einer Richtung senkrecht zu seiner länglichen Erstreckung, welche längliche Erstreckung eine Querschnittsbreite angibt, flach, das heißt der Querschnitt weist – der Nutform entsprechend – eine niedrige Querschnittshöhe auf. Die Axialflachdurchgangsausnehmung kann zum Beispiel in die Gewindehülse gefräst, das heißt durch Fräsen hergestellt, sein.
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Die Axialflachdurchgangsausnehmung bildet einen Schlitz in der Gewindehülse. Dieser Schlitz erstreckt sich axial, das heißt längs zu der Sensorlängsachse, in der Gewindehülse. Vorzugsweise ist der Schlitz und damit die Axialflachdurchgangsausnehmung zumindest in einem axialen Teilbereich der Axialflachdurchgangsausnehmung in etwa quaderförmig ausgebildet.
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Die Leiterplatte durchgreift die Axialflachdurchgangsausnehmung der Länge nach. Vorzugsweise erstreckt sich die Leiterplatte in dem Magnetfeldsensor über dessen gesamte Länge. Beispielsweise erstreckt sich die Leiterplatte in dem Magnetfeldsensor von einem Sensorkopf des Magnetfeldsensors bis zu einem Steckersockel des Magnetfeldsensors.
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Zusätzliche vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Man könnte sich vorstellen, dass sich die Axialflachdurchgangsausnehmung über die gesamte Länge der Gewindehülse erstreckt. Jedoch kann vorteilhaft eine Gewichtsreduzierung der Gewindehülse und des Magnetfeldsensors erzielt werden, wenn gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die Gewindehülse in Axialrichtung, das heißt in einer Richtung parallel zu der Sensorlängsachse, an die Axialflachdurchgangsausnehmung angrenzend eine im Querschnitt kreisförmige Zylinderausnehmung aufweist. Die Axialflachdurchgangsausnehmung und die Zylinderausnehmung, die zum Beispiel eine Bohrung sein kann, sind vorzugsweise zentrisch bezogen auf die Sensorlängsachse angeordnet.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Gewindehülse ein Außen-Schraubantriebsprofil auf, wobei die im Querschnitt nutförmige Axialflachdurchgangsausnehmung der Gewindehülse im Bereich des Außen-Schraubantriebsprofils und die im Querschnitt kreisförmige Zylinderausnehmung der Gewindehülse im Bereich des Außengewindes angeordnet ist. Dadurch erfolgt eine Krafteinleitung bei einem Einschrauben des Magnetfeldsensors in zum Beispiel ein Getriebegehäuse eines Kraftfahrzeugs mittels eines am Außen-Schraubantriebsprofil der Gewindehülse angreifenden Schraubwerkzeugs vorteilhaft dort, wo eine vergleichsweise große Wandstärke der Gewindehülse vorliegt. Somit wird die Stabilität des Magnetfeldsensors vorteilhaft erhöht. Das Außen-Schraubantriebsprofil ist vorzugsweise ein Außen-Sechskant.
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Einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung entsprechend ist die maximale Querschnittsbreite des Querschnitts der Axialflachdurchgangsausnehmung größer als der Durchmesser der Zylinderausnehmung. Die Querschnittsbreite des Querschnitts der Axialflachdurchgangsausnehmung ist die Nutlänge der die Nutform des Querschnitts der Axialflachdurchgangsausnehmung bildenden Nut. Auf diese Weise kann eine besonders große Leiterplattenfläche innerhalb der Gewindehülse bei gleichzeitig hoher Stabilität des Magnetfeldsensors und geringem Gewicht der Gewindehülse untergebracht werden.
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Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Axialflachdurchgangsausnehmung einen ersten Ausnehmungsbereich mit einem gleichbleibenden Querschnitt und einen sich axial an den ersten Ausnehmungsbereich anschließenden zweiten Ausnehmungsbereich auf, wobei die Querschnittsbreite des Querschnitts des zweiten Ausnehmungsbereichs ausgehend von dem ersten Ausnehmungsbereich abnimmt. Auf diese Weise kann die innerhalb der Gewindehülse angeordnete Leiterplattenfläche vorteilhaft vergrößert werden. In dem ersten Ausnehmungsbereich ist die Axialflachdurchgangsausnehmung in etwa quaderförmig ausgebildet; abweichend von einer Quaderform können – im Falle von ausgerundeten Nutenden der die Nutform des Querschnitts der Axialflachdurchgangsausnehmung bildenden Nut – in Axialrichtung verlaufende, die Kontur der Nutenden aufnehmende Schmalseiten der Axialflachdurchgangsausnehmung entsprechend einer Ausrundung der Nutenden gewölbt sein. Im Falle des Vorhandenseins der oben genannten Zylinderausnehmung ist der zweite Ausnehmungsbereich zwischen erstem Ausnehmungsbereich der Axialflachdurchgangsausnehmung und Zylinderausnehmung angeordnet, und die Querschnittsbreite des Querschnitts des zweiten Ausnehmungsbereichs nimmt ausgehend von dem ersten Ausnehmungsbereich in Richtung auf die Zylinderausnehmung ab.
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Einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung gemäß weist ein innerhalb der Gewindehülse angeordneter Leiterplattenbereich der Leiterplatte, vorzugsweise ein innerhalb der Axialflachdurchgangsausnehmung der Gewindehülse angeordneter Leiterplattenbereich der Leiterplatte, Elektronikbauteile auf. Der Weiterbildung der Erfindung entsprechend ist dieser Leiterplattenbereich folglich mit Elektronikbauteilen bestückt. Dadurch kann die Gesamtlänge der Leiterplatte verkürzt und somit die Länge des Magnetfeldsensors reduziert werden.
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Eine mögliche mechanische Belastung der Elektronikbauteile kann vorteilhaft weiter reduziert werden, wenn gemäß einer Weiterbildung der Erfindung der die Elektronikbauteile aufweisende Leiterplattenbereich in der Axialflachdurchgangsausnehmung angeordnet ist und wenn ein in der Zylinderausnehmung angeordneter Leiterplattenbereich der Leiterplatte keine Elektronikbauteile aufweist, das heißt dieser Leiterplattenbereich ist nicht mit Elektronikbauteilen bestückt. Der vorgenannte in der Zylinderausnehmung angeordnete Leiterplattenbereich, der nicht mit Elektronikbauteilen bestückt ist, kann an den vorgenannten in der Axialflachdurchgangsausnehmung angeordneten und Elektronikbauteile aufweisenden Leiterplattenbereich unmittelbar angrenzen.
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Einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung gemäß ist im Querschnitt des Magnetfeldsensors und der Gewindehülse die Leiterplatte mittig in der Axialflachdurchgangsausnehmung angeordnet. Hierdurch kann der Einsatz von für die Herstellung des Magnetfeldsensors erforderlichem Fertigungsmaterial sowie der Fertigungsaufwand reduziert werden. Der Abstand von Leiterplatte und Ausnehmungswandung der Axialflachdurchgangsausnehmung kann über den Umfang des Querschnitts der Axialflachdurchgangsausnehmung gleichbleibend sein. Denkbar ist aber beispielsweise auch, dass der Abstand einer Leiterplattenoberseite von der Ausnehmungswandung einem Abstand der Leiterplattenunterseite von der Ausnehmungswandung entspricht (jeweils ohne gegebenenfalls auf der Leiterplattenoberseite und/oder der Leiterplattenunterseite angeordnete Elektronikbauteile) und dass die seitlichen Abstände der Leiterplatte von der Ausnehmungswandung kleiner, aber jeweils gleich groß sind. Damit wird eine mögliche Bestückung der Leiterplatte mit Elektronikbauteilen auf der Leiterplattenoberseite und/oder auf der Leiterplattenunterseite bei weiter reduziertem Einsatz von Kunststoffmaterial berücksichtigt.
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Ein besonders guter Schutz der Leiterplatte sowie der auf der Leiterplatte angeordneten Elektronikbauteile wird erreicht, wenn gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die Leiterplatte vollständig von Kunststoffmaterial des Kunststoffspritzgussbauteils umgeben ist. Die Leiterplatte ist dann vollständig in das Kunststoffmaterial des das Außengehäuse bildenden Kunststoffspritzgussbauteils eingespritzt, wobei beispielsweise ein oder mehrere gegebenenfalls vorgesehene Abstützpunkte zur exakten Positionierung der Leiterplatte zum Beispiel in der Gewindehülse davon eine Ausnahme bilden können.
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Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Magnetfeldsensor an einem Sensorende einen Steckersockel auf, und ein zwischen Gewindehülse und Steckersockel angeordneter Leiterplattenbereich der Leiterplatte ist vollständig von Kunststoffmaterial des Kunststoffspritzgussbauteils umgeben, wobei das Kunststoffmaterial in diesem Leiterplattenbereich zumindest an einer Leiterplattenoberseite und einer Leiterplattenunterseite die gleiche Materialstärke, das heißt die gleiche Materialdicke, aufweist wie in dem in der Axialflachdurchgangsausnehmung angeordneten Leiterplattenbereich. Auf diese Weise kann die Menge des für eine Herstellung des Magnetfeldsensors erforderlichen Kunststoffmaterials bei unverändertem Schutz von Leiterplatte und Elektronikbaueilen vorteilhaft erheblich reduziert werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisiert und skizzenhaft dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen
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1 einen Magnetfeldsensor in einem ersten Längsschnitt entlang der Sensorlängsachse,
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2 den Magnetfeldsensor nach 1 in einem zweiten Längsschnitt entlang der Sensorlängsachse,
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3 den Magnetfeldsensor nach 1 in einer perspektivischen Ansicht,
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4 eine Gewindehülse des Magnetfeldsensors nach 1 in einer perspektivischen Ansicht,
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5 die Gewindehülse nach 4 in einer Seitenansicht,
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6 die Gewindehülse nach 4 in einer ersten perspektivischen Schnittansicht,
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7 die Gewindehülse nach 4 in einem ersten Längsschnitt entlang der Sensorlängsachse,
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8 die Gewindehülse nach 4 in einer zweiten perspektivischen Schnittansicht und
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9 die Gewindehülse nach 4 in einem zweiten Längsschnitt entlang der Sensorlängsachse.
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Sich jeweils entsprechende Elemente sind in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt einen stabförmigen Magnetfeldsensor 1 mit einem ein Außengewinde 2 aufweisenden Außengehäuse 4 und mit einer sich parallel zu einer Sensorlängsachse 6 erstreckenden Leiterplatte 8 in einem ersten Längsschnitt entlang der Sensorlängsachse 6. In diesem Ausführungsbeispiel verläuft die Sensorlängsachse 6 durch die Leiterplatte 8, und die Mittelachse der Leiterplatte 8 fällt mit der Sensorlängsachse 6 zusammen.
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Das Außengehäuse 4 ist ein Kunststoffspritzgussbauteil und besitzt eine das Außengewinde 2 aufweisende Gewindehülse 10. Die Gewindehülse 10 ist in das Kunststoffspritzgussbauteil eingespritzt und dient einem Einschrauben des Magnetfeldsensors 1 in zum Beispiel ein Getriebegehäuse eines Kraftfahrzeugs, insbesondere Nutzfahrzeugs. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Kunststoff des Kunststoffspritzgussbauteils, also der Kunststoff des Außengehäuses 4, ein Duroplast, und die Gewindehülse 10 besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus einem Metall.
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Die Gewindehülse 10 weist eine im Querschnitt nutförmige Axialflachdurchgangsausnehmung 12 auf. Die Axialflachdurchgangsausnehmung 12 kann zum Beispiel in die Gewindehülse 10 gefräst sein.
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Die Leiterplatte 8 durchgreift die Axialflachdurchgangsausnehmung 12. Der Raum zwischen Leiterplatte 8 und Ausnehmungswandung 14 der Axialflachdurchgangsausnehmung 12 ist vollständig mit Kunststoffmaterial des Kunststoffspritzgussbauteils ausgefüllt (siehe auch 2). Außerdem ist die Leiterplatte 8 in ihrer Gesamtheit vollständig von Kunststoffmaterial des Kunststoffspritzgussbauteils, welches das Außengehäuse 4 bildet, umgeben.
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Außerdem weist der Magnetfeldsensor 1 einen Sensorkopf 16 mit einer an der Leiterplatte 8 angeordneten Hallsonde 18 und einem Permanentmagneten 20 auf. Der Sensorkopf 16 weist eine die Hallsonde 18 und den Permanentmagneten 20, der als Ringmagnet ausgebildet ist, zueinander festlegende Positionierhülse 22 auf. Weiterhin positioniert die Positionierhülse 22 die Hallsonde 18 und den Permanentmagneten 20 zu der Leiterplatte 8.
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An einem dem an einem ersten Sensorende des Magnetfeldsensors 1 angeordneten Sensorkopf 16 gegenüberliegenden zweiten Sensorende des Magnetfeldsensors 1 befindet sich ein Steckersockel 24 mit Anschlusskontakten 26 zur Verbindung des Magnetfeldsensors 1 mit zum Beispiel einem Fahrtenschreiber des Kraftfahrzeugs. In diesem Ausführungsbeispiel in etwa mittig zwischen dem Sensorkopf 16 und dem Steckersockel 24 ist die Gewindehülse 10 angeordnet.
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Die Leiterplatte 8 erstreckt sich in dem Magnetfeldsensor 1 von dem Sensorkopf 16 bis zu dem Steckersockel 24. Die Leiterplatte 8 durchgreift somit den gesamten Magnetfeldsensor 1.
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Auch ein zwischen Gewindehülse 10 und Steckersockel 24 angeordneter Leiterplattenbereich der Leiterplatte 8 ist vollständig von Kunststoffmaterial des das Außengehäuse 4 bildenden Kunststoffspritzgussbauteils umgeben, wobei das Kunststoffmaterial in diesem Leiterplattenbereich die gleiche Materialstärke h aufweist wie in dem in der Axialflachdurchgangsausnehmung 12 angeordneten Leiterplattenbereich und die Materialstärke des Kunststoffmaterials auf der Leiterplattenoberseite 25 und der Leiterplattenunterseite 27 in diesem Ausführungsbeispiel nahezu gleich ist.
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2 zeigt den Magnetfeldsensor 1 in einem zweiten Längsschnitt entlang der Sensorlängsachse 6, und zwar gegenüber der Darstellung in 1 in einer um 90° um die Sensorlängsachse 6 gedrehten Ansicht. Die Gewindehülse 10 weist in Axialrichtung an die Axialflachdurchgangsausnehmung 12 angrenzend eine im Querschnitt kreisförmige Zylinderausnehmung 28 auf.
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Die Zylinderausnehmung 28 kann zum Beispiel in die Gewindehülse 10 gebohrt sein, so dass die Zylinderausnehmung 28 dann eine Bohrung in der Gewindehülse 10 ist. An der Leiterplatte 8 sind zwei Abstützpunkte 29, 31 zur exakten radialen Positionierung der Leiterplatte 8 in der Gewindehülse 10 vorhanden.
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Den Magnetfeldsensor 1 in einer perspektivischen Ansicht zeigt 3. Die Gewindehülse 10 des Magnetfeldsensors 1 weist ein Außen-Schraubantriebsprofil 30 auf, welches Außen-Schraubantriebsprofil 30 in diesem Ausführungsbeispiel ein Außen-Sechskant ist. In Verbindung mit 1, 2 ist zu erkennen, dass die im Querschnitt nutförmige Axialflachdurchgangsausnehmung 12 der Gewindehülse 10 im Bereich des Außen-Schraubantriebsprofils 30 und die im Querschnitt kreisförmige Zylinderausnehmung 28 der Gewindehülse 10 im Bereich des Außengewindes 2 angeordnet ist. Die maximale Querschnittsbreite bQm des Querschnitts der Axialflachdurchgangsausnehmung 12 ist größer als der Durchmesser d der Zylinderausnehmung 28.
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Die Axialflachdurchgangsausnehmung 12 weist einen ersten Ausnehmungsbereich 32 mit einem gleichbleibenden Querschnitt und einen sich axial an den ersten Ausnehmungsbereich 32 anschließenden zweiten Ausnehmungsbereich 34 auf. Die Querschnittsbreite bQ des Querschnitts des zweiten Ausnehmungsbereichs 34 nimmt ausgehend von dem ersten Ausnehmungsbereich 32 in Richtung auf die Zylinderausnehmung 28 ab.
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Im Querschnitt des Magnetfeldsensors 1 ist die Leiterplatte mittig in der Axialflachdurchgangsausnehmung 12 angeordnet. Dadurch entspricht der Abstand der Leiterplattenoberseite 25 von der Ausnehmungswandung 14 dem Abstand der Leiterplattenunterseite 27 von der Ausnehmungswandung (siehe 1). Außerdem sind die seitlichen Abstände der Leiterplatte 8 von der Ausnehmungswandung 14 gleich groß (siehe 2).
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Zur weiteren Verdeutlichung der beispielhaften Gestaltung der Gewindehülse 10 des Magnetfeldsensors 1 nach 1 bis 3 ist die Gewindehülse 10 in 4 bis 9 in verschiedenen Darstellungen und Ansichten gezeigt. Dabei zeigen 5 die Gewindehülse 10 in einer Seitenansicht, 7 die Gewindehülse 10 in einem ersten Längsschnitt entlang der Sensorlängsachse 6, wobei dieser Längsschnitt mit der Darstellung des Magnetfeldsensors 1 nach 2 korrespondiert, und 9 die Gewindehülse 10 in einem zweiten Längsschnitt entlang der Sensorlängsachse 6, wobei dieser Längsschnitt mit der Darstellung des Magnetfeldsensors 1 nach 1 korrespondiert. Ferner zeigen 4 die Gewindehülse 10 in einer perspektivischen Ansicht, 6 die Gewindehülse 10 in einer mit der Darstellung nach 7 korrespondierenden ersten perspektivischen Schnittansicht und 8 die Gewindehülse 10 in einer mit der Darstellung nach 9 korrespondierenden zweiten perspektivischen Schnittansicht.
