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
技術領域：
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：
多種過程傳感器包括至少分段圓柱狀的同軸設置的外部元件和內(nèi) 部元件，在它們之間密封引導介質(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)側低壓的情況中密封環(huán)不被 吸出密封座從而導致泄漏；第四，密封支持體的材料必須適合過程介 質(zhì)。這些限制導致復雜的構造和/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，該目的通過獨立權利要求1限定的成形密封、獨立 權利要求5限定的密封配置以及獨立權利要求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%。
為了減小應力，特別是減小應力集中，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)部體的側面上的 外螺紋旋入該內(nèi)螺紋，其中圓柱狀側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的傳感器，例如電導 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置在環(huán)形間隙內(nèi)的密封體，在室 溫下且介質(zhì)側為500 mbar的低壓；和
圖2e是安裝在密封支持體上并設置在環(huán)形間隙內(nèi)的密封體，150°C 且介質(zhì)側為10bar的高壓。
具體實施例方式
圖1中顯示的電導率傳感器包括內(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在軸向上限制電導率 傳感器的測量腔。在與頂面相對設置的底面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構成的預安裝組 件被引入第二電極2的背離介質(zhì)側端部的端部，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?，首先，沒有出現(xiàn)不可容忍的應力峰值；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)生應用場合。
權利要求
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)和設置在底部的端 面(43)上的固定環(huán)(44)。
10. 根據(jù)權利要求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，使得當凹口設置在固定環(huán)周圍時，密封體的橫截面變寬。
12. 根據(jù)權利要求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. 電導率傳感器，包括根據(jù)權利要求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