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Stand der Technik
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Bei Drucksensoren, die z. B. an Tanks von Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommen, werden zur einfacheren Montage des Drucksensors Formdichtungen eingesetzt. Diese ermöglichen nicht nur die Abdichtung der mechanischen Schnittstelle zwischen dem Drucksensor und dessen Einbauöffnung in einer Wand, sondern auch die Befestigung des Drucksensors am Einbauort. Durch die Verwendung einer Formdichtung kann eine aufwändige Montage des Drucksensors über eine Befestigungslasche vermieden werden. Aus der
US 5 317 924 A geht ein Drucksensor hervor, der mittels einer Formdichtung in einer Einbauöffnung befestigt wird. Der Drucksensor umfasst einen Sensorkopf und einen an diesem ausgebildeten schlanken Sensorstutzen, der von einem Kanal durchzogen ist. An dem dem Sensorkopf abweisenden Ende des Sensorstutzens befindet sich ein in einem größeren Durchmesser ausgebildeter Sensorfuß. Bei der Montage der Formdichtung auf den Sensorstutzen wird eine Durchgangsöffnung der Formdichtung so weit aufgeweitet, dass der Sensorfuß am unteren Ende des Sensorstutzens die Durchgangsöffnung der aus elastischem Material gefertigten Formdichtung passiert und nach Passage des Sensorfußes die Formdichtung formschlüssig auf dem Sensorstutzen des Drucksensors gemäß
US 5 317 924 A aufgenommen ist. Die Formdichtung gemäß
US 5 317 924 A weist einen an der Unterseite verbreiterten Bund sowie mehrere an ihrer Au-ßßenumfangsfläche ausgebildete Dichtlippen auf.
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Nachteilig bei dem aus
US 5 317 924 A bekannten Drucksensor ist der Umstand, dass aufgrund des in einem vergrößerten Durchmesser am unteren Ende des Sensorstutzens ausgebildeten Stempelfußes der Sensorstutzen selbst kaum gratfrei hergestellt werden kann. Dies ergibt sich daraus, dass das im Allgemeinen als Einbauteil im Wege des Kunststoffspritzgießverfahrens gefertigte Sensorbauteil mit Sensorkopf, Sensorstutzen und Sensorfuß aus zwei Formhälften entformt werden muss und sich zwangsläufig ein Hinterschnitt zwischen dem lang ausgeführten Sensorstutzen und dem in einem größeren Durchmesser ausgebildeten Sensorfuß ergibt. Bei der Montage des Drucksensors mit auf den Sensorstutzen aufgeschobener Formdichtung in die Einbauöffnung, z. B. am Tank eines Kraftfahrzeugs, besteht die Gefahr, dass bei Passage des in einem vergrößerten Durchmesser ausgebildeten Überstandes am unteren Ende der Formdichtung diese auf dem schlank ausgeführten Sensorstutzen zusammengeschoben wird. Ist die aus elastischem Material gefertigte Formdichtung am Sensorstutzen zusammengeschoben, ist die Einbauöffnung, z. B. am Tank eines Kraftfahrzeugs, nur unzureichend abgedichtet. Die aus
US 5 317 924 A bekannte Lösung einer Befestigung eines Drucksensors mit einer Formdichtung in einer Einbauöffnung stellt angesichts der obenstehend skizzierten Nachteile keinen voll befriedigenden Zustand dar.
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Aus der
DE 103 50 136 A1 ist ein Drucksensor mit einer Formdichtung zur Montage des Drucksensors in einer Einbauöffnung bekannt, der einen Sensorstutzen aufweist, an dem die Formdichtung formschlüssig aufgenommen ist. Die Formdichtung ist aus einem elastischen Material gefertigt und weist an ihrem einem Sensorkopf abgewandten Ende einen Überstand auf, dessen Durchmesser den Durchmesser der Einbauöffnung übersteigt, wobei am Umfang des Sensorstutzens eine ringförmig verlaufende Ausnehmung ausgebildet ist. Ein zu dem Drucksensor aus der
DE 103 50 136 A1 sehr ähnlicher Drucksensor ist weiterhin auch aus der
DE 197 37 821 A1 bekannt.
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Offenbarung der Erfindung
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Der vorliegenden Erfindung liegt angesichts der skizzierten Nachteile der Lösung des Standes der Technik die Aufgabe zugrunde, einen Drucksensor bereitzustellen, bei dem die zur Montage und Demontage erforderliche Kraft begrenzt ist und der eine Einbauöffnung hinsichtlich seiner Einbaulänge zuverlässig abdichtet.
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Es wird ein Drucksensor vorgeschlagen mit einer Formdichtung zur Montage des Drucksensors in einer Einbauöffnung und mit einem Sensorstutzen, an dem die Formdichtung formschlüssig aufgenommen ist und die aus einem elastischen Material gefertigt ist und an ihrem einem Sensorkopf abgewandten Ende einen Überstand aufweist, dessen Durchmesser den Durchmesser der Einbauöffnung übersteigt, wobei am Umfang des Sensorstutzens mindestens eine ringförmig verlaufende Ausnehmung ausgebildet ist. Erfindungsgemäß ist am Sensorstutzen eine weitere ringförmig verlaufende Ausnehmung ausgebildet, in welche Dichtungsmaterial der Formdichtung bei Montage des Drucksensors verdrängt wird. Über die mindestens eine ringförmig verlaufende Ausnehmung am Sensorstutzen kann die Formdichtung, die mit einem komplementär zur ringförmig am Sensorstutzen verlaufenden Ausnehmung ausgebildeten Wulst an ihrer Innenseite ausgebildet ist, am Sensorstutzen axial gehalten werden. Der bevorzugt mit dem Drucksensorgehäuse einstückig als Kunststoffspritzgussteil gefertigte Sensorstutzen kann dadurch an seiner Außenumfangsfläche gratfrei hergestellt werden, so dass die geforderte Abdichtwirkung erreicht wird. Am Sensorstutzen ist eine weitere ringförmig verlaufende Ausnehmung ausgebildet, die, in axialer Richtung des Sensorstutzens gesehen, unterhalb der bereits erwähnten ringförmig verlaufenden Ausnehmung liegt. Durch die weitere, zweite an der Umfangsfläche des Sensorstutzens ausgeführte ringförmige Ausnehmung wird erreicht, dass das flexible, nachgiebige Material, aus dem die Formdichtung hergestellt wird, bei der Montage des Drucksensors in der Einbauöffnung in diese zweite ringförmige Ausnehmung verdrängt wird. Da das flexible Dichtungsmaterial der Formdichtung bei der Montage und der dadurch erzeugten Radialkräfte in diese ausweichen kann, lässt sich eine signifikante Herabsetzung der Montagekraft erzielen. Die zuerst genannte, mindestens eine ringförmige Ausnehmung kann sowohl einen rechteckigen, einen dreieckförmigen oder auch einen angeschrägten Querschnitt aufweisen, zu dem der Wulst an der Innenseite der Formdichtung komplementär ausgebildet ist. Zur einfacheren Montage der Formdichtung am Sensorstutzen des Drucksensors kann der Wulst an der Innenseite der Formdichtung angeschrägt sein. Ferner ist am Sensorstutzen eine Schulter ausgebildet, die die mindestens eine ringförmig verlaufende Ausnehmung begrenzt, so dass die Formdichtung insbesondere bei einer Demontage des Drucksensors an diesem abgestützt ist und nicht vom Sensorstutzen abrutscht.
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Die am Sensorstutzen ausgebildete zweite ringförmig verlaufende Ausnehmung befindet sich in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel bevorzugt im Bereich des größten Durchmessers der Formdichtung. In diesem Bereich wird bei der Montage des Drucksensors im vormontierten Zustand, d.h. mit aufgebrachter Formdichtung, das größte Volumen des Dichtungsmaterials, welches beim Montieren des Drucksensors mit aufgeschobener Formdichtung in die zweite ringförmig verlaufende Ausnehmung des Sensorstutzens verdrängt. Dadurch lässt sich eine signifikante Herabsetzung der Montagekraft des Drucksensors erreichen. Ist der Drucksensor mit daran aufgenommener Formdichtung in der Einbauöffnung aufgenommen, so legt sich ein in vergrößertem Durchmesser ausgebildeter Überstand an der dem Sensorkopf abweisenden Seite der Formdichtung an die Unterseite der die Einbauöffnung begrenzenden Wand eines Tanks oder eines Behälters an, so dass der Drucksensor durch die Formdichtung am Montageort gehalten und die Einbauöffnung abgedichtet ist. Wird der Drucksensor demontiert oder tritt im Inneren eines Tanks z.B. ein höherer Druck auf, so liegt die Formdichtung mit ihrem Überstand, bedingt durch den Hinterschnitt an der Einbaustelle, am Umfang der Einbauöffnung an. Wird die Demontagekraft beziehungsweise der angelegte Druck erhöht, dehnt sich das Dichtungsmaterial der Formdichtung in die Länge und gleitet am Stutzen entlang.
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Um einen Einbau des Drucksensors mit vormontierter Formdichtung an Einbauöffnungen zu ermöglichen, die eine unterschiedliche axiale Länge haben, ist die Formdichtung an der Außenseite bevorzugt mit mehreren Dichtlippen versehen. Durch die Dichtlänge der Formdichtung ist gewährleistet, dass immer mindestens zwei Dichtlippen am Innendurchmesser der Einbauöffnung verbleiben, die darüber hinaus durch den an der Unterseite der Formdichtung ausgebildeten Überstand abgedichtet wird. Dadurch ist die Formdichtung und damit der in dieser geführte Sensorstutzen des Drucksensors stets am Innendurchmesser der Einbauöffnung abgestützt, wodurch ein Verkippen und sich dadurch bedingt einstellende Undichtigkeiten wirksam ausgeschlossen werden.
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Zeichnung
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Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben. Es zeigt:
- 1 eine Explosionsdarstellung von erfindungsgemäß vorgeschlagenem Sensorstutzen, diesen umgebender Formdichtung und der Einbauöffnung an einem Behälter, wie z. B. einem Kraftfahrzeugtank,
- 2 die Montage des Drucksensors mit vormontierter Formdichtung in einer Einbauöffnung,
- 3 die Demontage des Drucksensors mit Formdichtung aus der Einbauöffnung,
- 4 eine Ausführungsvariante des Sensorstutzens,
- 5 eine Formdichtung zur Montage auf einem Sensorstutzen gemäß der Darstellung in 4.
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Ausführungsbeispiele
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Der Darstellung gemäß 1 ist eine Explosionszeichnung des Sensorstutzens, der elastisch ausgebildeten Formdichtung sowie der Einbauöffnung zu entnehmen.
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Aus der Darstellung gemäß 1 geht hervor, dass der nicht vollständig dargestellte Drucksensor 10 einen schlank ausgebildeten Sensorstutzen 12 aufweist, der symmetrisch zu seiner Symmetrieachse 22 von einem Sensorkanal 20 durchzogen ist. Der Drucksensor 10 samt Sensorstutzen 12 wird bevorzugt im Wege des Kunststoffspritzgießverfahrens als einstückiges Bauteil hergestellt. An der Umfangsfläche des Sensorstutzens 12 wird mindestens eine ringförmig verlaufende Ausnehmung 24 sowie bevorzugt eine weitere zweite ringförmig verlaufende Ausnehmung 28 geformt. Die mindestens eine erste ringförmig verlaufende Ausnehmung 24 wird von einer Schulter 26 an der Umfangsfläche des Sensorstutzens 12 begrenzt. In axialer Richtung gesehen, ist die Länge der mindestens einen ersten ringförmig verlaufenden Ausnehmung 24 am Sensorstutzen 12 größer bemessen als die Länge der bevorzugt am Sensorstutzen 12 ausgebildeten weiteren zweiten ringförmig verlaufenden Ausnehmung 28. An der Stirnseite des Sensorstutzens 12 ist in der Darstellung gemäß 1 eine Stutzenverrundung 30 angebracht. Anstelle dieser Stutzenverrundung 30 kann an der Stirnseite im Bereich der Öffnung des Sensorkanals 20 auch eine Anschrägung oder dergleichen vorgesehen sein, um das Fügen einer Formdichtung 32 mit dem Sensorstutzen 12 zu erleichtern.
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1 ist darüber hinaus ein Schnitt durch die Formdichtung 32 zu entnehmen. Die Formdichtung 32 ist symmetrisch zur Symmetrieachse 22 ausgebildet und weist an ihrer Oberseite, d. h. an dem einem Sensorkopf zuweisenden Ende, einen Bund 46 auf. An der Außenseite der Formdichtung 32 gemäß der Darstellung in 1 verläuft eine Au-ßendichtfläche 38, an der eine Anzahl von Dichtlippen ausgebildet ist. Die Außendichtfläche 38 erstreckt sich an der Außenseite der Formdichtung 32 über eine Dichtlänge 48, so dass Einbauöffnungen 14 unterschiedlicher axialer Länge zuverlässig abgedichtet werden können. An der Unterseite der Formdichtung 32 gemäß der Darstellung in 1 ist ein Überstand 42 in einem Durchmesser 44 ausgebildet, der den Außendurchmesser der Außendichtfläche 38 in der Formdichtung 32 übersteigt. An der Außenseite des Überstandes 42 wiederum ist eine Einführschräge 40 ausgeführt, welche das Einführen des Drucksensors 10, an dessen Sensorstutzen 12 die Formdichtung 32 ausgebildet ist, in eine Einbauöffnung 14 erleichtert.
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Aus der Darstellung gemäß 1 geht zudem eine in einer Behälterwand 16 ausgeführte Einbauöffnung 14 hervor, die an einem Ende eine Fase 18 aufweist und symmetrisch zur Symmetrieachse 22 ausgebildet ist. An der Innenseite der Formdichtung 32 ist ein wulstförmiger Vorsprung 34 ausgebildet, der einen Innendurchmesser 36 aufweist. Die Geometrie des wulstförmigen Vorsprungs 34 an der Innenseite der Formdichtung 32 ist komplementär zur mindestens einen ersten ringförmig am Sensorstutzen 12 verlaufenden Ausnehmung 24 ausgeführt. Bei der Montage der Formdichtung 32 am Sensorstutzen 12 greift der wulstförmige Vorsprung 34 in die mindestens eine erste ringförmig verlaufende Ausnehmung 24 am Umfang des Sensorstutzens 12 ein und fixiert die Formdichtung 32 auf diese Weise am Umfang des Sensorstutzens 12. Die in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Sensorstutzens 12 an dessen Umfang ausgebildete weitere zweite ringförmig verlaufende Ausnehmung 28 liegt bevorzugt in dem Bereich, in dem an einer Innenfläche 50 der Formdichtung 32 ihr größter Durchmesser liegt.
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Der Darstellung gemäß 2 ist die Montage des Drucksensors gemäß der Explosionsdarstellung in 1 in einer Einbauöffnung eines Behälters, wie z. B. eines Kraftfahrzeugtanks, zu entnehmen.
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Aus der Darstellung gemäß 2 geht hervor, dass die Formdichtung 32 am Sensorstutzen 12 durch Eingreifen des wulstförmigen Vorsprungs 34 mit Innendurchmesser 36 in die mindestens eine ringförmig verlaufende Ausnehmung 24 am Sensorstutzen 12 gehalten ist. Durch diese formschlüssige Verbindung zwischen der Formdichtung 32 und dem Sensorstutzen 12 wird ein axiales Wandern der Formdichtung 32 am Sensorstutzen 12 verhindert. Der Bund 46 wird im montierten Zustand der Formdichtung 32 auf die Oberseite der Wand 16 gedrückt. Die Montagerichtung, in welche der vormontierte Drucksensor 10 samt an dessen Sensorstutzen 12 aufgenommener Formdichtung 32 in die Einbauöffnung 14 eingeschoben wird, ist durch den Pfeil 52 gekennzeichnet. Eine Reduktion der Montagekraft wird bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Drucksensor 10 dadurch erreicht, dass dem Überstand 42 der Formdichtung 32 gegenüberliegend am Umfang des Sensorstutzens 12 eine weitere, zweite ringförmig verlaufende Ausnehmung 28 ausgebildet ist. In diese kann das elastische Material der Formdichtung 32 nach deren Montage in der Einbauöffnung verdrängt werden, so dass die in Montagerichtung 52 beim Montieren des Drucksensors 10 in der Einbauöffnung 14 auftretenden Radialkräfte begrenzt werden. Nach Durchtreten der Einbauöffnung in der Wand 16 dehnt sich das elastische Material der Formdichtung 32 radial nach außen aus und nimmt seine ursprüngliche Gestalt an. Der Überstand 42 nimmt wieder seinen ursprünglichen Außendurchmesser 44 an, so dass sich zwischen der Unterseite der Wand 16 und der Oberseite des Überstandes 42 ein Hinterschnitt einstellt (vergleiche Darstellung gemäß 3).
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Aus der Darstellung gemäß 2 geht hervor, dass in der in 2 dargestellten Montageposition des Drucksensors 10 die an der Außendichtfläche 38 vorgesehenen Dichtlippen an der Wand der Einbauöffnung 14 anliegen und diese abdichten. Zudem liegt der Bund 46 der Formdichtung 32 auf der Oberseite der Wand 16 auf. Ein einfaches Fügen des Sensorstutzens 12 mit der Formdichtung 32 wird dadurch begünstigt, dass der Sensorstutzen 12 an seinem dem Sensorkopf abweisenden Ende mit einer Verrundung 30 oder auch einer Einführschräge versehen sein kann, um eine Beschädigung der Formdichtung 32 beim Fügen mit dem Sensorstutzen 12 zu vermeiden. Ein leichtes Fügen der Formdichtung 32 in der Einbauöffnung 14 wird zudem dadurch begünstigt, dass unterhalb des Überstandes 42 an der Formdichtung 32 eine Einführschräge 40 ausgebildet ist, welche zusammenwirkend mit der Fase 18 an der Oberseite der Einbauöffnung 14 die Montage des vormontierten Drucksensors 10, d. h. der auf den Drucksensor 12 aufgeschobenen und formschlüssig fixierten Formdichtung 32, in der Einbauöffnung 14 erleichtert.
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3 zeigt den in 2 im montierten Zustand dargestellten Drucksensor bei einer Demontage.
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Der Darstellung gemäß 3 geht hervor, dass der Überstand 42 der Formdichtung 32 aufgrund des Hinterschnittes an der Unterseite der Wand 16, in der die Einbauöffnung 14 ausgeführt ist, anliegt. Des Weiteren ist die Einbauöffnung 14 in der Wand 16 durch in diesem Beispiel drei an der Wand der Einbauöffnung 14 anliegende Dichtlippen der Außendichtfläche 38 der Formdichtung 32 abgedichtet. Dieser Zustand tritt dann auf, wenn der Drucksensor 10 aus der Einbauöffnung 14 demontiert werden soll oder im Inneren des durch die Wand 16 begrenzten Behälters ein höherer Druck herrscht als auf der Außenseite des durch die Wand 16 begrenzten Behälters. Wird die Demontagekraft von außen beziehungsweise der im Inneren des Behälters anliegende Druck weiter erhöht, dehnt sich das Dichtungsmaterial der Formdichtung 32 axial in die Länge und gleitet auf der Umfangsfläche des Sensorstutzens 12 entlang. Ein Abrutschen der Dichtung von der Umfangsfläche des Sensorstutzens 12 wird durch die formschlüssige Verbindung zwischen dem wulstartigen Vorsprung 34, der in die mindestens eine erste am Umfang des Sensorstutzens 12 eingebrachte Ausnehmung 24 hineinragt, vermieden. Soll der Drucksensor 10 aus der Einbauöffnung 14 demontiert werden, so wird die Formdichtung 32 bei der Demontage gedehnt und gleitet entlang des Sensorstutzens 12. Ist der Drucksensor 10 so weit zurückgezogen, dass sich die Formdichtung 32, die noch durch den Überstand 42 an der Behälterwand verhakt ist, am Ende des Sensorstutzens 12 befindet, kann die Formdichtung 32 ausweichen und der Überstand 42 wird freigegeben. Die zur Demontage des Drucksensors 10 erforderliche Kraft hängt somit unter anderem von der Länge des Sensorstutzens 12 ab.
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Wie aus der Darstellung gemäß 3 ersichtlich ist, ist sichergestellt, dass die Formdichtung 32 stets mit mindestens zwei an der Außendichtfläche 38 über die Dichtlänge 38 verteilt angeordneten Dichtlippen an der Begrenzungswand der Einbauöffnung 14 anliegt. Dadurch ist sichergestellt, dass der Drucksensor stets am Innendurchmesser der Einbauöffnung 14 abgestützt ist und ein Verkippen und eine daraus resultierende Undichtigkeit ausgeschlossen ist. Zwar ist zur Demontage des Drucksensors 10 gemäß der Darstellung in 3 eine axiale Zugkraft auf den Drucksensor auszuüben, jedoch ist diese begrenzt, da das Volumen des nachgiebigen Materials der Formdichtung 32 ausweichen kann.
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Aus der Darstellung gemäß 3 geht zudem hervor, dass durch die Axialerstreckung der Dichtlänge 48 in Bezug auf die Außendichtfläche 38 die Einbauöffnungen 14 abgedichtet werden können, die in verschieden dicken Wänden 16 ausgeführt sind. Aufgrund der Anordnung der Dichtlippen entlang der Außendichtfläche 38 in axialer Richtung gesehen liegen stets zwei Dichtflächen an der Begrenzungswand der Einbauöffnung 14 an.
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Der Darstellung gemäß 4 ist eine Ausführungsvariante des Sensorstutzens zu entnehmen.
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Aus der Darstellung gemäß 4 geht hervor, dass der Sensorstutzen 12, der von dem Druckkanal 20 durchzogen ist, noch mit einer gerundeten, mindestens einen Ausnehmung 60 gefertigt werden kann, die in ihrem oberen Bereich oberhalb der Schulter 26 eine Schräge aufweist und mit einer Rundung in die Schulter 26 übergeht. Demgegenüber ist die am Drucksensor 10 ausgebildete, zweite ringförmig verlaufende Ausnehmung 28 analog zu der Ausführungsvariante des Sensorstutzens 12 gemäß der Darstellung in 1 gefertigt. Der erfindungsgemäß vorgeschlagene Sensorstutzen 12 des Drucksensors 10 kann im Bereich seiner Umfangsfläche gratfrei hergestellt werden, bei der Entformung aus dem Kunststoffspritzgießwerkzeug auftretende Grate verlaufen innerhalb der Ausnehmungen 24, 28 beziehungsweise 60. Eine mögliche Leckage entlang eines Grates über die gesamte Länge der Formdichtung 32 kann durch diese Lösung vermieden werden.
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5 ist eine Ausführungsvariante der Formdichtung zu entnehmen, welche an dem in 4 dargestellten Sensorstutzen befestigbar ist.
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Die in 5 dargestellte Formdichtung 32 weist oberhalb der Innenfläche 50 einen verrundeten wulstförmigen Vorsprung 62 auf, der komplementär zur gerundeten, eine Einführschräge aufweisenden, mindestens einen ersten ringförmig verlaufenden Ausnehmung im Sensorstutzen 12 ausgebildet ist. An der Außendichtfläche 38 sind in der Darstellung gemäß 5 mehrere Dichtlippen ausgebildet. Die Formdichtung 32 gemäß der Darstellung in 5 weist ebenfalls den Überstand 42 auf, der in dem Durchmesser 44 ausgebildet ist, welcher den Durchmesser der Außendichtfläche 38 der Formdichtung 32 übersteigt. Der gerundet ausgebildete, wulstförmige Vorsprung ist mit Bezugszeichen 62 gekennzeichnet und liegt in axialer Richtung gesehen oberhalb der durch Bezugszeichen 50 identifizierten Innenfläche der Formdichtung 32. Der Überstand 42 der Formdichtung 32 gemäß der Darstellung in 5 weist ebenfalls die Einführschräge 40 an dem der Einbauöffnung 14 zuweisenden Ende zur Erleichterung der Montage auf.
