專利名稱：成形密封，密封配置以及具有這種密封配置的過程傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種成形密封、 一種密封配置、以及一種具有這種密 封配置的過程傳感器。
背景技術(shù)：
多種過程傳感器包括至少分段圓柱狀的同軸設(shè)置的外部元件和內(nèi) 部元件，在它們之間密封引導(dǎo)介質(zhì)的空間的環(huán)形間隙或環(huán)形腔。在最 簡單的情況中，環(huán)形間隙可以利用在圓柱狀元件之間夾鉗的密封環(huán)而 封閉。然而，如果環(huán)形間隙超過一定寬度，那么O形環(huán)不實用，并且 例如可以將形狀穩(wěn)定的密封支持體設(shè)置在內(nèi)部元件和外部元件之間； 在這種情況中，密封支持體具有外部密封座和內(nèi)部密封座，其中密封 環(huán)設(shè)置在各個密封座中，用于將密封支持體相對于外部元件和內(nèi)部元 件密封。例如在本申請人的電導(dǎo)率傳感器CLS16中使用這種密封配置。
盡管這種密封配置基本上滿足其目的，但是它具有限制，首先，必須
保證在四個周邊密封接縫處的密封功能；第二，必須防止沿這四個密 封接縫形成間隙；第三，必須注意在介質(zhì)側(cè)低壓的情況中密封環(huán)不被 吸出密封座從而導(dǎo)致泄漏；第四，密封支持體的材料必須適合過程介 質(zhì)。這些限制導(dǎo)致復(fù)雜的構(gòu)造和/或安裝步驟。

發(fā)明內(nèi)容
于是，本發(fā)明的目的是提供一種改進的密封配置和一種用于該密 封配置的成形密封。
根據(jù)本發(fā)明，該目的通過獨立權(quán)利要求1限定的成形密封、獨立 權(quán)利要求5限定的密封配置以及獨立權(quán)利要求10限定的過程傳感器實 現(xiàn)。本發(fā)明的成形密封的思想一方面在于將用于過程側(cè)密封環(huán)形間隙 的密封面數(shù)目減至最小，另 一方面在于利用成形密封將密封支持體與 過程介質(zhì)分離。最后，密封可以在特殊過程條件，例如低壓，情況得 到優(yōu)化。由此消除了現(xiàn)有技術(shù)中的缺點。
本發(fā)明的成形密封用于相對于介質(zhì)密封在外圓周壁和內(nèi)圓周壁之 間的環(huán)形間隙，其包括彈性的可徑向夾鉗的環(huán)形密封體，其具有 環(huán)形的徑向外部密封面，用于接觸外圓周壁， 環(huán)形的徑向內(nèi)部密封面，用于接觸內(nèi)圓周壁，
環(huán)形的介質(zhì)側(cè)頂面，其在徑向外部密封面和徑向內(nèi)部密封面之間 延伸，
環(huán)形的底面，其在背離頂面的一側(cè)上在外部密封面和內(nèi)部密封面 之間延伸，和
至少一個在底面中的環(huán)形凹口，用于容納固定環(huán)，其中凹口具有 至少一個底切。
在未安裝狀態(tài)中，在平衡位置，即不受外部力影響的位置，密封 體的橫截面優(yōu)選具有近似矩形的外部輪廓。
橫截面輪廓的高度例如不小于橫截面輪廓的寬度的40%，優(yōu)選不 小于55%，進一步優(yōu)選不小于60%，其中高度在環(huán)形成形密封的軸向 上延伸，寬度在徑向上延伸。
進一步，橫截面輪廓的高度不大于橫截面輪廓寬度的例如100%， 優(yōu)選不大于85%，進一步優(yōu)選不大于70%。
在本發(fā)明的一個實施例中，至少一個凹口在橫截面中近似與密封 體對稱地布置。在橫截面中凹口在徑向上的最大寬度例如不大于密封體的橫截面
輪廓寬度的70%，優(yōu)選不大于60%，進一步優(yōu)選地不大于54%。
在橫截面中，凹口在徑向上的最大寬度例如不小于密封體橫截面 輪廓寬度的38%，優(yōu)選不小于45%，進一步優(yōu)選地不小于48%。
為了形成底切，凹口在密封體內(nèi)部寬度最大的截面以及底面之間 具有寬度最小的截面。
最小寬度例如不大于密封體橫截面輪廓的寬度的45%，優(yōu)選地不 大于38%，進一步優(yōu)選地不大于33%。
最小寬度例如不小于密封體橫截面輪廓的寬度的20%，優(yōu)選地不 小于25%，進一步優(yōu)選地不小于28%。
為了減小應(yīng)力，特別是減小應(yīng)力集中，凹口輪廓的橫截面被倒圓。 密封體在凹口內(nèi)的凹入面的最小曲率半徑例如不小于密封體橫截面輪 廓的寬度的5。X，優(yōu)選不小于8%。
密封體在凹口內(nèi)的凸出面的最小曲率半徑例如不小于密封體橫截 面輪廓的寬度的10%，優(yōu)選不小于15%。
垂直于底面測得的凹口高度例如約為密封體橫截面輪廓的高度的 50% 80%，優(yōu)選約為60% 68%。
在凹口的內(nèi)部，密封體的表面具有凹入?yún)^(qū)域，其朝向底面中的開 口過渡入凸出區(qū)域。在橫截面中，這個過渡通過拐點或者通過具有恒 定斜率的部分而實現(xiàn)。恒定斜率或者在拐點處的斜率例如不小于30°， 優(yōu)選地不小于38°，進一步優(yōu)選地不小于42°。恒定斜率或者在拐點處的斜率例如不大于60°,優(yōu)選地不大于52°, 進一步優(yōu)選地不大于48。。
當成形密封安裝在固定環(huán)上并且根據(jù)用途而被徑向夾鉗在環(huán)形間 隙中時，徑向外部密封面優(yōu)選地平行于徑向內(nèi)部密封面延伸。
密封體優(yōu)選由彈性體，特別是全氟彈性體(例如，EPDM或Kalrez) 制成。
本發(fā)明的密封配置包括本發(fā)明的成形密封以及本發(fā)明的密封支持 體，后者具有環(huán)形底部和設(shè)置在底部端面上的固定環(huán)。固定環(huán)的尺寸 適合凹口，從而當密封體利用插口安裝在固定環(huán)上并被徑向夾鉗時， 成形密封實現(xiàn)了期望的密封作用。
固定環(huán)可以具有例如蘑菇狀的橫截面，由此固定環(huán)形狀配合地接 合于密封體的插口的底切中。
可以這樣定固定環(huán)的尺寸，使得當凹口設(shè)置在固定環(huán)周圍時，密 封體的橫截面變寬。于是，當成形密封根據(jù)期望用途而被徑向夾鉗在
外壁和內(nèi)壁之間時，這導(dǎo)致了從固定環(huán)以及內(nèi)壁和外壁作用于密封體 的徑向壓縮及形變。
徑向壓縮例如約為10% 25%。
為了實現(xiàn)對于過壓和欠壓應(yīng)用情況的最優(yōu)密封作用，例如從密封 支持體底部端面測量的固定環(huán)高度可以大于凹口的高度，從而在平衡 狀態(tài)，密封體的底面不位于密封支持體的底部的端面上。
固定環(huán)可以具有例如蘑菇狀的橫截面，由此固定環(huán)形狀配合地接 合于密封體的插口的底切中。例如金屬、陶瓷或塑料制成， 其有時可以由玻璃纖維加強。在期望絕緣材料的情況，當前優(yōu)選的是
PEEK。
為了減小或最小化在成形密封和內(nèi)壁或外壁的鄰接密封面之間的 過分的相對運動，密封支持體可以固定地連接至一個壁或者這兩個壁。
在本發(fā)明的一個實施例中，密封支持體在底部包括內(nèi)螺紋，在成 形密封安裝在固定環(huán)上之后，在至少分段圓柱狀的內(nèi)部體的側(cè)面上的 外螺紋旋入該內(nèi)螺紋，其中圓柱狀側(cè)面段形成要被密封的環(huán)形間隙的 內(nèi)壁，并且成形密封至少部分被內(nèi)壁徑向壓縮。
包括安裝在密封支持體上的成形密封以及旋入的至少分段圓柱狀 內(nèi)部體在內(nèi)的配置被引入至少分段圓柱狀的外部體，其中至少一個圓 柱狀側(cè)面部分形成要被密封的環(huán)形間隙的外壁。
在至少分段圓柱狀的外部體中， 一個壁部分是錐形的，從而當安 裝在組件上的成形密封移動通過錐形部分時，成形密封的徑向外部壓 縮可以通過外壁而可控地實現(xiàn)。然而，最終的密封座應(yīng)當優(yōu)選地具有 圓柱狀外壁。
本發(fā)明的密封配置特別適用于過程測量技術(shù)的傳感器，例如電導(dǎo) 率傳感器，其中第一金屬電極形成環(huán)形腔的內(nèi)壁并且同軸設(shè)置的第二 電極形成環(huán)形腔的外壁。通過密封配置，兩個電極彼此電絕緣并彼此 對中，并且待測介質(zhì)能夠滲透的環(huán)形腔被限定至密封配置外部的軸向 端部。
內(nèi)部及徑向外部密封面優(yōu)選無間隙地鄰接環(huán)形腔的內(nèi)壁和外壁， 該環(huán)形腔是在內(nèi)壁和外壁之間形成的并且由成形密封軸向限定。頂面
9優(yōu)選基本平面地延伸或者至少僅僅略微彎曲，以防止在邊緣區(qū)域產(chǎn)生 接觸介質(zhì)的死區(qū)。于是，這種密封配置能夠滿足對于衛(wèi)生應(yīng)用的需求。


現(xiàn)在根據(jù)附圖中描述的本發(fā)明實施例，詳細解釋本發(fā)明，附圖中
圖1是本發(fā)明的電導(dǎo)率傳感器的傳感器頭的縱截面，該傳感器裝 備了本發(fā)明的密封配置；
圖2是一系列FEM仿真結(jié)果，其顯示了對于不同情況本發(fā)明的成 形密封的徑向橫截面中的應(yīng)力，艮P，
圖2a是未安裝的本發(fā)明的密封體，沒有外部力；
圖2b是安裝在密封支持體上的密封體；
圖2c是安裝在密封支持體上并設(shè)置在環(huán)形間隙內(nèi)的密封體，在室 溫和標準大氣壓下；
圖2d是安裝在密封支持體上并設(shè)置在環(huán)形間隙內(nèi)的密封體，在室 溫下且介質(zhì)側(cè)為500 mbar的低壓；和
圖2e是安裝在密封支持體上并設(shè)置在環(huán)形間隙內(nèi)的密封體，150°C 且介質(zhì)側(cè)為10bar的高壓。
具體實施例方式
圖1中顯示的電導(dǎo)率傳感器包括內(nèi)部電極1和外部電極2，它們 彼此通過成形密封3和密封支持體4而分離并且相對于彼此密封。內(nèi) 部電極的外徑例如約為5mm，外部電極的其中設(shè)置成形密封3的第一 軸向部分22的內(nèi)徑例如約為14.25 mm。至少在接觸介質(zhì)的端部，這兩 個電極優(yōu)選具有電解法拋光的不銹鋼表面，其粗糙度不大于0.4mm。
成形密封3的密封體具有徑向內(nèi)部密封面31，其無間隙地鄰接內(nèi) 部電極1，還具有徑向外部密封面32，其無間隙地鄰接外部電極。密 封面通過基本平面的頂面33彼此連接。頂面33在軸向上限制電導(dǎo)率 傳感器的測量腔。在與頂面相對設(shè)置的底面34中，提供增寬進入密封 體內(nèi)部的凹口36。密封體由全氟聚合物，特別是EPDM制成。
10密封支持體具有某太圓拌狀的底都.i:由而向成形麥射3的5K形 端面42約束。固定環(huán)44沿軸向從端面43延伸，固定環(huán)的橫截面與凹 口 36互補并且與其形狀配合地接合，以將成形密封3保持就位。
密封支持體4具有形狀穩(wěn)定的絕緣材料，例如PEEK。密封支持體 4在底部41在其內(nèi)部側(cè)面的軸向部分中具有螺紋，在成形密封3安裝 在密封支持體4上之后，內(nèi)部電極l旋入該螺紋。外部電極2在其內(nèi) 壁上具有第二軸向部分24，其與第一軸向部分22相鄰并且其直徑在朝 向第一軸向部分的方向上平穩(wěn)減小，即，第二軸向部分24錐形延伸。 為了組裝，由內(nèi)部電極l、密封支持體4和成形密封3構(gòu)成的預(yù)安裝組 件被引入第二電極2的背離介質(zhì)側(cè)端部的端部，其中成形密封3在穿 過第二電極2的第二軸向部分24時經(jīng)受一定的徑向壓縮。
正如從圖2a e中清楚看到的，本發(fā)明的密封配置可用于非常多 的條件，而無需擔心故障。在圖表中，增加的應(yīng)力由較深的灰度表示。
圖2a顯示了未安裝的成形密封，沒有應(yīng)力，固定環(huán)仍然與成形密 封位置分離。
圖2b顯示了在固定環(huán)上的成形密封，其中要注意的一方面是成形 密封的徑向加寬，另一方面是在固定環(huán)最大寬度點處的中等應(yīng)力峰值。
圖2c e顯示了在不同壓力及溫度條件下，徑向壓在環(huán)形間隙內(nèi) 的成形密封3?？梢钥闯觯紫?，沒有出現(xiàn)不可容忍的應(yīng)力峰值；其次， 總是完全接觸密封面；第三，成形密封3未被拉離固定環(huán)44。
于是，本發(fā)明的密封配置實現(xiàn)了提供改進的密封環(huán)的發(fā)明目的， 該密封環(huán)特別適用于面臨強烈壓力波動的衛(wèi)生應(yīng)用場合。
權(quán)利要求
1. 成形密封，用于相對于介質(zhì)密封在外圓周壁和內(nèi)圓周壁之間的環(huán)形間隙，該成形密封包括彈性的可徑向夾鉗的環(huán)形密封體(3)，該密封體具有環(huán)形的徑向外部密封面(32)，用于接觸外圓周壁(2)；環(huán)形的徑向內(nèi)部密封面(31)，用于接觸內(nèi)圓周壁(1)；環(huán)形的介質(zhì)側(cè)頂面(33)，其在徑向外部密封面和徑向內(nèi)部密封面之間延伸；環(huán)形的底面(34)，其在背離頂面(33)的一側(cè)上在外部密封面和內(nèi)部密封面之間延伸；和至少一個在底面中的環(huán)形凹口(36)，用于容納固定環(huán)(44)，其中凹口具有至少一個底切。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的成形密封，其中，密封體在未安裝狀態(tài) 中在平衡位置的橫截面具有近似矩形的外部輪廓。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的成形密封，其中，所述至少一個凹 口在橫截面中近似與密封體對稱。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1 3之一所述的成形密封，其中，凹口的橫截 面具有被倒圓的輪廓。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的成形密封，其中，密封體在凹口內(nèi)的凹 入面的最小曲率半徑不小于密封體橫截面輪廓的寬度的5%，優(yōu)選不小 于8%。
6. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的成形密封，其中，在凹口的內(nèi)部， 密封體的表面具有凹入?yún)^(qū)域，其朝向底面中的開口過渡入凸出區(qū)域， 這個過渡通過拐點或者通過具有恒定斜率的部分而實現(xiàn)，恒定斜率或者在拐點處的斜率不小于30°,優(yōu)選地不小于38°，進一步優(yōu)選地不小 于420。
7. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的成形密封，其中，在凹口的內(nèi)部， 密封體的表面具有凹入?yún)^(qū)域，其朝向底面中的開口過渡入凸出區(qū)域， 這個過渡通過拐點或者通過具有恒定斜率的部分而實現(xiàn)，拐點處的斜 率不大于60。，優(yōu)選地不大于52°，進一步優(yōu)選地不大于48。。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的成形密封，其中，密封體具有彈性體， 特別是全氟彈性體，例如，EPDM或Kalrez。
9. 密封配置，包括根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的成形密封以及密 封支持體(4)，該密封支持體具有環(huán)形底部(41)和設(shè)置在底部的端 面(43)上的固定環(huán)(44)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的密封配置，其中，固定環(huán)(44)形狀 配合地接合于密封體(3)的插口 (36)的底切中。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9或IO所述的密封配置，其中，這樣測定固定 環(huán)的尺寸，使得當凹口設(shè)置在固定環(huán)周圍時，密封體的橫截面變寬。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的密封配置，其中，當密封配置常 規(guī)地設(shè)置在環(huán)形間隙中時，密封體的徑向壓縮約為10% 25%。
13. 根據(jù)權(quán)利要求9 12之一所述的密封配置，其中，密封支持 體(4)具有形狀穩(wěn)定的材料，例如PEEK。
14. 根據(jù)權(quán)利要求9 13之一所述的密封配置，其中，為了減小 或最小化在成形密封和內(nèi)壁或外壁的鄰接密封面之間的過分的相對運 動，密封支持體固定地連接至一個壁或者這兩個壁。
15. 用于檢測物理或化學過程參數(shù)的傳感器，包括根據(jù)權(quán)利要求9-14之一所述的密封配置，其中第一傳感器部件形成環(huán)形腔的內(nèi)壁， 同軸設(shè)置的第二傳感器部件形成環(huán)形腔的外壁，其中這兩個傳感器部 件通過密封配置而彼此電隔離且彼此對中。
16. 電導(dǎo)率傳感器，包括根據(jù)權(quán)利要求9-14之一所述的密封配置， 其中第一金屬電極形成環(huán)形腔的內(nèi)壁，同軸設(shè)置的第二電極形成環(huán)形 腔的外壁，并且這兩個電極通過密封配置而彼此電隔離并彼此對中。
全文摘要
一種成形密封，用于相對于介質(zhì)密封在外圓周壁和內(nèi)圓周壁之間的環(huán)形間隙，包括彈性的可徑向夾鉗的環(huán)形密封體(3)，其具有環(huán)形的徑向外部密封面(32)用于接觸外圓周壁(2)以及環(huán)形的徑向內(nèi)部密封面(31)用于接觸內(nèi)圓周壁(1)；環(huán)形的介質(zhì)側(cè)頂面(33)，其在徑向外部密封面和徑向內(nèi)部密封面之間延伸；環(huán)形底面(34)，其在背離頂面(33)的一側(cè)上在外部密封面和內(nèi)部密封面之間延伸；和至少一個在底面中的環(huán)形凹口(36)，用于容納固定環(huán)(44)，其中凹口具有至少一個底切。
文檔編號G01M99/00GK101454643SQ200780019124
公開日2009年6月10日 申請日期2007年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月24日
發(fā)明者托爾斯滕·佩希施泰因, 羅伯特·斯科爾茨 申請人:恩德萊斯和豪瑟爾分析儀表兩合公司