密封環(huán)和具有至少一個此密封環(huán)的壓力測量換能器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及密封環(huán)和具有至少一個此密封環(huán)的壓力測量換能器。
【背景技術(shù)】
[0002] 制造工業(yè)有時在具有如下介質(zhì)的情況下工作，已有的彈性體僅能在一定條件下耐 受該介質(zhì)。因此在可以期望到這種介質(zhì)的情況下，在接觸介質(zhì)的密封件的情況中通常不使 用另外的通常彈性體。反而是應(yīng)用金屬密封件或惰性合成材料，尤其為含氟聚合物如PTFE、 FEP或PFA。然后，要相對于彼此密封的部件的設(shè)計必須與密封材料的特殊性質(zhì)相適應(yīng)。因 此，例如，為了產(chǎn)生需要的壓縮壓力，金屬密封件通常需要大的夾緊力，為了能夠克服通常 在金屬密封配件與密封件本身間的熱膨脹差值、結(jié)構(gòu)中的熱應(yīng)力、螺紋接頭的松動和在給 定的情況下與前述效果相關(guān)的滯后現(xiàn)象以及密封材料的流動和制造公差，必須對含氟聚合 物密封件彈性地預(yù)加應(yīng)力。
[0003] 由這一情況造成的工業(yè)過程測量技術(shù)的問題在于，測量裝置應(yīng)使用盡可能小數(shù)量 的關(guān)于結(jié)構(gòu)的變體來適合于大多數(shù)不同的工藝介質(zhì)。由于通常來說彈性密封件足夠了，所 以為全部裝置提供這種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)使他們能夠充分地對熱塑密封件彈性地預(yù)加應(yīng)力是不 合理的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 尚未公開的專利申請DE 10 2012 004 406公開了具有Z形橫截面的金屬密封環(huán)， 其中在密封環(huán)的端面上的密封表面涂布有聚合物，尤其為PTFE。該Z形橫截面產(chǎn)生密封環(huán) 的軸向彈性，利用該軸向彈性可以對密封表面軸向地預(yù)加應(yīng)力。然而，所述金屬密封環(huán)導(dǎo)致 軸向夾緊力的溫度依賴性波動。另外，金屬密封環(huán)的制造是昂貴的。
[0005] 因此，本發(fā)明的目的為提供新的密封環(huán)和具有此密封環(huán)的壓力測量換能器，其具 有耐化學(xué)性材料和減輕有機(jī)材料的大的熱膨脹效果。
[0006] 通過如在獨立權(quán)利要求1中限定的密封環(huán)和如在獨立權(quán)利要求11中限定的壓力 測量換能器實現(xiàn)所述目的。
[0007] 本發(fā)明的在軸向地夾緊狀態(tài)下用于密封的密封環(huán)包括：具有第一線性熱膨脹系數(shù) a :的第一材料的環(huán)狀密封元件；環(huán)狀導(dǎo)向裝置，其對由密封元件可消耗的體積的赤道環(huán)狀 表面限定至少一個徑向屏障，其中赤道環(huán)狀表面具有有效區(qū)域熱膨脹系數(shù)0，其達(dá)到大于 第一線性熱膨脹系數(shù)的兩倍，尤其不小于二點五倍，使得環(huán)狀密封元件的有效軸向熱膨脹 系數(shù)小于第一線性熱膨脹系數(shù)，尤其達(dá)到不大于第一線性熱膨脹系數(shù)的一半，優(yōu)選不大于 30ppm/K，以及尤其優(yōu)選不大于20ppm/K。
[0008] 在發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)中，導(dǎo)向裝置包括內(nèi)部徑向?qū)颦h(huán)，其中內(nèi)部徑向?qū)颦h(huán)對 于密封元件具有內(nèi)部徑向邊界面，其中內(nèi)部導(dǎo)向環(huán)包括具有第二線性熱膨脹系數(shù)a 2的第 二材料，其中導(dǎo)向裝置還包括外部徑向?qū)颦h(huán)，其中外部導(dǎo)向環(huán)對于密封元件具有外部徑 向邊界面，其中外部導(dǎo)向環(huán)包括具有第三線性熱膨脹系數(shù)a 3的第三材料，其中第二熱膨脹 系數(shù)a 2小于第三熱膨脹系數(shù)a 3。
[0009] 在發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)中，第三熱膨脹系數(shù)a 3小于第一熱膨脹系數(shù)a i，其中對外 部邊界面的有效外徑Ra和內(nèi)部邊界面的有效內(nèi)徑心進(jìn)行選擇，使得在期望的使用溫度范圍 內(nèi)盡可能滿足以下關(guān)系：
[0010] [(Ra ?F3)2-(Ri ?F2)2] ?F3= [Ra2-Ri2] ? (I)
[0011] 在這種情況下，F(xiàn)i等于（1+a，AT)，其中AT為與基準(zhǔn)溫度1^^0 1^= 3001^9 偏差?？紤]到熱膨脹項a" AT顯著小于1這一事實，因此對于半徑比適用以下等式：
【主權(quán)項】
1. 在軸向地夾緊狀態(tài)下用于密封的密封環(huán)，包括： 具有第一線性熱膨脹系數(shù)a1的第一材料的環(huán)狀密封元件； 環(huán)狀導(dǎo)向裝置，其對由所述密封元件可消耗的體積的赤道環(huán)狀表面限定至少一個徑向 屏障，其中所述赤道環(huán)狀表面具有有效的區(qū)域熱膨脹系數(shù)0，所述區(qū)域熱膨脹系數(shù)0達(dá)到 大于所述第一線性熱膨脹系數(shù)的兩倍，尤其不小于二點五倍， 使得所述環(huán)狀密封元件的有效軸向熱膨脹系數(shù)小于所述第一線性熱膨脹系數(shù)，尤其 不大于所述第一線性膨脹系數(shù)的一半，優(yōu)選達(dá)到不大于30ppm/K，W及尤其優(yōu)選不大于 20卵m/K。
2. 如權(quán)利要求1的密封環(huán)， 其中所述導(dǎo)向裝置具有內(nèi)部徑向?qū)颦h(huán)， 其中所述內(nèi)部徑向?qū)颦h(huán)對于所述密封元件具有內(nèi)部徑向邊界面， 其中所述內(nèi)部導(dǎo)向環(huán)包括具有第二線性熱膨脹系數(shù)a2的第二材料， 其中所述導(dǎo)向裝置還包括外部徑向?qū)颦h(huán)， 其中所述外部導(dǎo)向環(huán)具有對于所述密封元件具有外部徑向邊界面， 其中所述外部導(dǎo)向環(huán)包括具有第=線性熱膨脹系數(shù)a3的第=材料，其中 所述第二熱膨脹系數(shù)a2小于所述第=熱膨脹系數(shù)a3。
3. 如權(quán)利要求2的密封環(huán)， 其中所述第=熱膨脹系數(shù)a3小于所述第一熱膨脹系數(shù)a1， 其中外部邊界面的有效外徑R。與內(nèi)部邊界面的有效內(nèi)徑Ri間適用W下關(guān)系：
其中 0. 67<K<1. 5,尤其 0. 8<K<1. 25,優(yōu)選 0. 9<K<1. 1，W及尤其優(yōu)選 0. 95<K<1. 05。
4. 如權(quán)利要求2或3的密封環(huán)，其中所述第二材料包括陶瓷材料或玻璃，和/或其中所 述第二熱膨脹系數(shù)a2達(dá)到不大于8ppm/K，尤其不大于5卵m/K，W及優(yōu)選不大于3. 5卵m/K。
5. 如權(quán)利要求2、3或4的密封環(huán)，其中所述第=材料包括金屬材料，尤其為不誘鋼，和 /或其中所述第S熱膨脹系數(shù)a3達(dá)到不小于14ppm/K，尤其不小于15ppm/K，W及優(yōu)選不小 于 16ppm/K〇
6. 如前述權(quán)利要求中一項的密封環(huán)，其中所述第一材料包括聚合物，和/或其中所述 第一熱膨脹系數(shù)a1達(dá)到不小于80ppm/K且不大于20化pm/K，尤其不大于15化pm/K。
7. 如權(quán)利要求6的密封環(huán)，其中所述第一材料包括含氣聚合物，尤其為PTFE或PFA。
8. 如權(quán)利要求1的密封環(huán)，其中所述第一材料包括彈性體， 其中所述導(dǎo)向裝置包括內(nèi)部徑向?qū)颦h(huán)， 其中所述內(nèi)部導(dǎo)向環(huán)對于所述密封元件具有內(nèi)部徑向邊界面， 其中所述內(nèi)部導(dǎo)向環(huán)包括具有小于所述第一線性熱膨脹系數(shù)a1的第二線性熱膨脹系 數(shù)a2的第二材料， 其中對所述密封環(huán)指定高達(dá)最高溫度的溫度范圍， 其中所述內(nèi)部導(dǎo)向環(huán)對所述密封元件徑向地預(yù)加應(yīng)力，使得在至少高達(dá)I**-20K、優(yōu) 選高達(dá)的溫度下密封元件抵靠在密封表面上。
9. 壓力測量換能器，包括： 壓力傳感器，其具有 壓力傳感器主體，所述壓力傳感器主體包括與第一壓力可接觸的至少第一壓力接收表 面，其中所述壓力傳感器主體還包括環(huán)狀地包圍所述第一壓力接收表面的至少第一密封表 面，W及 用于提供信號的換能器，所述信號取決于在所述壓力接收表面上存在的所述第一壓力 與基準(zhǔn)壓力間的差值； 至少第一連接體，所述至少第一連接體包括第一壓力開口和第一相對密封表面，其中 所述第一相對密封表面環(huán)狀地包圍所述第一壓力開口；和 至少如權(quán)利要求1-8中的一項的第一密封環(huán)，其中在所述第一密封表面與所述第一相 對密封表面間將所述第一密封環(huán)軸向地密封地夾緊，使得所述第一壓力接收表面通過所述 第一壓力開口與第一壓力是可接觸的。
10. 如權(quán)利要求9的壓力測量換能器，其中所述連接體和所述傳感器主體各自包括金 屬材料，尤其是其熱膨脹系數(shù)偏離本發(fā)明的所述密封環(huán)的第=材料的熱膨脹系數(shù)不大于 4ppm/K、優(yōu)選不大于化pm/K的材料。
11. 如權(quán)利要求9或10的壓力測量換能器，其中在所述第一密封表面與具有有效線性 熱膨脹系數(shù)的所述第一相對密封表面間提供軸向分離，所述有效線性熱膨脹系數(shù)偏離所述 環(huán)狀密封元件的有效軸向熱膨脹系數(shù)不大于8卵m/K，優(yōu)選不大于4卵m/K，W及尤其優(yōu)選不 大于化pm/K。
12. 如權(quán)利要求9-11中一項的壓力測量換能器，其為絕對壓力測量換能器或相對壓力 測量換能器，其中所述基準(zhǔn)壓力包括真空壓力或者是大氣壓。
13. 如權(quán)利要求9-11中一項的壓力測量換能器，其為壓力差測量換能器，其中所述壓 力傳感器主體另外具有與第二壓力可接觸的第二壓力接收表面，其中所述壓力傳感器主體 還具有環(huán)狀地包圍第二壓力接收表面的第二密封表面，其中所述換能器用于提供信號，所 述信號取決于在所述第一壓力接收表面上存在的所述第一壓力與在所述第二壓力表面上 存在的基準(zhǔn)壓力間的差值； 其中所述壓力差換能器還包括在所述連接體中的第二壓力開口和第二相對密封表面， 其中所述第二相對密封表面環(huán)狀地包圍所述第二壓力開口；W及 其中所述壓力差換能器還包括如權(quán)利要求1-8中的一項的第二密封環(huán)，其中在所述第 二密封表面與所述第二相對密封表面間將所述第二密封環(huán)軸向地密封地夾緊，使得所述第 二壓力接收表面通過所述第二壓力開口與作為基準(zhǔn)壓力的第二壓力是可接觸的。
14. 如權(quán)利要求13的壓力差測量換能器，其中將所述第二壓力開口和所述第二相對密 封表面布置在與所述第一壓力開口和所述第一相對密封表面共平面的所述第一連接體上。
15. 如權(quán)利要求13的壓力差測量換能器，其還包括具有所述第二壓力開口和所述第二 相對密封表面的第二連接體，其中在所述第一連接體與所述第二傳感器主體間將所述傳感 器主體軸向地夾緊。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種密封環(huán)裝置(1)，其在外部徑向?qū)颦h(huán)(2)與內(nèi)部徑向?qū)颦h(huán)(4)間具有合成材料密封環(huán)(3)，其中外部導(dǎo)向環(huán)(2)比內(nèi)部導(dǎo)向環(huán)(4)具有更大的熱膨脹系數(shù)，使得在導(dǎo)向環(huán)間的環(huán)狀間隙的有效體積膨脹系數(shù)比合成材料密封環(huán)(3)的合成材料的體積膨脹系數(shù)大。通過環(huán)狀間隙體積的大的有效熱膨脹系數(shù)，其如通過外部和內(nèi)部導(dǎo)向環(huán)的不同膨脹系數(shù)實現(xiàn)，能夠?qū)铣刹牧厦芊猸h(huán)的軸向夾緊力的波動加以限制。
【IPC分類】F16J15-12, G01L9-00
【公開號】CN104797867
【申請?zhí)枴緾N201380059866
【發(fā)明人】亞歷山大·古根伯格
【申請人】恩德萊斯和豪瑟爾兩合公司
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2013年10月28日
【公告號】DE102012111001A1, EP2920495A1, WO2014075903A1