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製作方法

2023-09-16 04:52:05

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製作方法
技術領域：
本發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 部元件，在它們之間密封引導介質的空間的環形間隙或環形腔。在最 簡單的情況中，環形間隙可以利用在圓柱狀元件之間夾鉗的密封環而 封閉。然而，如果環形間隙超過一定寬度，那麼O形環不實用，並且 例如可以將形狀穩定的密封支持體設置在內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部密封座，其中密封 環設置在各個密封座中，用於將密封支持體相對於外部元件和內部元 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。
儘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，必須注意在介質側低壓的情況中密封環不被 吸出密封座從而導致洩漏；第四，密封支持體的材料必須適合過程介 質。這些限制導致複雜的構造和/或安裝步驟。

發明內容
於是，本發明的目的是提供一種改進的密封配置和一種用於該密 封配置的成形密封。
根據本發明，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。本發明的成形密封的思想一方面在於將用於過程側密封環形間隙 的密封面數目減至最小，另 一方面在於利用成形密封將密封支持體與 過程介質分離。最後，密封可以在特殊過程條件，例如低壓，情況得 到優化。由此消除了現有技術中的缺點。
本發明的成形密封用於相對於介質密封在外圓周壁和內圓周壁之 間的環形間隙，其包括彈性的可徑向夾鉗的環形密封體，其具有 環形的徑向外部密封面，用於接觸外圓周壁， 環形的徑向內部密封面，用於接觸內圓周壁，
環形的介質側頂面，其在徑向外部密封面和徑向內部密封面之間 延伸，
環形的底面，其在背離頂面的一側上在外部密封面和內部密封面 之間延伸，和
至少一個在底面中的環形凹口，用於容納固定環，其中凹口具有 至少一個底切。
在未安裝狀態中，在平衡位置，即不受外部力影響的位置，密封 體的橫截面優選具有近似矩形的外部輪廓。
橫截面輪廓的高度例如不小於橫截面輪廓的寬度的40%，優選不 小於55%，進一步優選不小於60%，其中高度在環形成形密封的軸向 上延伸，寬度在徑向上延伸。
進一步，橫截面輪廓的高度不大於橫截面輪廓寬度的例如100%， 優選不大於85%，進一步優選不大於70%。
在本發明的一個實施例中，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於密封體的橫截面
輪廓寬度的70%，優選不大於60%，進一步優選地不大於54%。
在橫截面中，凹口在徑向上的最大寬度例如不小於密封體橫截面 輪廓寬度的38%，優選不小於45%，進一步優選地不小於48%。
為了形成底切，凹口在密封體內部寬度最大的截面以及底面之間 具有寬度最小的截面。
最小寬度例如不大於密封體橫截面輪廓的寬度的45%，優選地不 大於38%，進一步優選地不大於33%。
最小寬度例如不小於密封體橫截面輪廓的寬度的20%，優選地不 小於25%，進一步優選地不小於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。 密封體在凹口內的凹入面的最小曲率半徑例如不小於密封體橫截面輪 廓的寬度的5。X，優選不小於8%。
密封體在凹口內的凸出面的最小曲率半徑例如不小於密封體橫截 面輪廓的寬度的10%，優選不小於15%。
垂直於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%，優選約為60% 68%。
在凹口的內部，密封體的表面具有凹入區域，其朝向底面中的開 口過渡入凸出區域。在橫截面中，這個過渡通過拐點或者通過具有恆 定斜率的部分而實現。恆定斜率或者在拐點處的斜率例如不小於30°， 優選地不小於38°，進一步優選地不小於42°。恆定斜率或者在拐點處的斜率例如不大於60°,優選地不大於52°, 進一步優選地不大於48。。
當成形密封安裝在固定環上並且根據用途而被徑向夾鉗在環形間 隙中時，徑向外部密封面優選地平行於徑向內部密封面延伸。
密封體優選由彈性體，特別是全氟彈性體(例如，EPDM或Kalrez) 製成。
本發明的密封配置包括本發明的成形密封以及本發明的密封支持 體，後者具有環形底部和設置在底部端面上的固定環。固定環的尺寸 適合凹口，從而當密封體利用插口安裝在固定環上並被徑向夾鉗時， 成形密封實現了期望的密封作用。
固定環可以具有例如蘑菇狀的橫截面，由此固定環形狀配合地接 合於密封體的插口的底切中。
可以這樣定固定環的尺寸，使得當凹口設置在固定環周圍時，密 封體的橫截面變寬。於是，當成形密封根據期望用途而被徑向夾鉗在
外壁和內壁之間時，這導致了從固定環以及內壁和外壁作用於密封體 的徑向壓縮及形變。
徑向壓縮例如約為10% 25%。
為了實現對於過壓和欠壓應用情況的最優密封作用，例如從密封 支持體底部端面測量的固定環高度可以大於凹口的高度，從而在平衡 狀態，密封體的底面不位於密封支持體的底部的端面上。
固定環可以具有例如蘑菇狀的橫截面，由此固定環形狀配合地接 合於密封體的插口的底切中。例如金屬、陶瓷或塑料製成， 其有時可以由玻璃纖維加強。在期望絕緣材料的情況，當前優選的是
PEEK。
為了減小或最小化在成形密封和內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。
在本發明的一個實施例中，密封支持體在底部包括內螺紋，在成 形密封安裝在固定環上之後，在至少分段圓柱狀的內部體的側面上的 外螺紋旋入該內螺紋，其中圓柱狀側面段形成要被密封的環形間隙的 內壁，並且成形密封至少部分被內壁徑向壓縮。
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 內部體在內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。然而，最終的密封座應當優選地具有 圓柱狀外壁。
本發明的密封配置特別適用於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形腔的內壁並且同軸設置的第二 電極形成環形腔的外壁。通過密封配置，兩個電極彼此電絕緣並彼此 對中，並且待測介質能夠滲透的環形腔被限定至密封配置外部的軸向 端部。
內部及徑向外部密封面優選無間隙地鄰接環形腔的內壁和外壁， 該環形腔是在內壁和外壁之間形成的並且由成形密封軸向限定。頂面
9優選基本平面地延伸或者至少僅僅略微彎曲，以防止在邊緣區域產生 接觸介質的死區。於是，這種密封配置能夠滿足對於衛生應用的需求。


現在根據附圖中描述的本發明實施例，詳細解釋本發明，附圖中
圖1是本發明的電導率傳感器的傳感器頭的縱截面，該傳感器裝 備了本發明的密封配置；
圖2是一系列FEM仿真結果，其顯示了對於不同情況本發明的成 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並設置在環形間隙內的密封體，在室 溫和標準大氣壓下；
圖2d是安裝在密封支持體上並設置在環形間隙內的密封體，在室 溫下且介質側為500 mbar的低壓；和
圖2e是安裝在密封支持體上並設置在環形間隙內的密封體，150°C 且介質側為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而分離並且相對於彼此密封。內 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的內徑例如約為14.25 mm。至少在接觸介質的端部，這兩 個電極優選具有電解法拋光的不鏽鋼表面，其粗糙度不大於0.4mm。
成形密封3的密封體具有徑向內部密封面31，其無間隙地鄰接內 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 體內部的凹口36。密封體由全氟聚合物，特別是EPDM製成。
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44沿軸向從端面43延伸，固定環的橫截面與凹 口 36互補並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具有形狀穩定的絕緣材料，例如PEEK。密封支持體 4在底部41在其內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上之後，內部電極l旋入該螺紋。外部電極2在其內 壁上具有第二軸向部分24，其與第一軸向部分22相鄰並且其直徑在朝 向第一軸向部分的方向上平穩減小，即，第二軸向部分24錐形延伸。 為了組裝，由內部電極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時經受一定的徑向壓縮。
正如從圖2a e中清楚看到的，本發明的密封配置可用於非常多 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，固定環仍然與成形密 封位置分離。
圖2b顯示了在固定環上的成形密封，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，徑向壓在環形間隙內 的成形密封3。可以看出，首先，沒有出現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44。
於是，本發明的密封配置實現了提供改進的密封環的發明目的， 該密封環特別適用於面臨強烈壓力波動的衛生應用場合。
權利要求
1. 成形密封，用於相對於介質密封在外圓周壁和內圓周壁之間的環形間隙，該成形密封包括彈性的可徑向夾鉗的環形密封體(3)，該密封體具有環形的徑向外部密封面(32)，用於接觸外圓周壁(2)；環形的徑向內部密封面(31)，用於接觸內圓周壁(1)；環形的介質側頂面(33)，其在徑向外部密封面和徑向內部密封面之間延伸；環形的底面(34)，其在背離頂面(33)的一側上在外部密封面和內部密封面之間延伸；和至少一個在底面中的環形凹口(36)，用於容納固定環(44)，其中凹口具有至少一個底切。
2. 根據權利要求l所述的成形密封，其中，密封體在未安裝狀態 中在平衡位置的橫截面具有近似矩形的外部輪廓。
3. 根據權利要求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. 根據權利要求4所述的成形密封，其中，密封體在凹口內的凹 入面的最小曲率半徑不小於密封體橫截面輪廓的寬度的5%，優選不小 於8%。
6. 根據前述任一權利要求所述的成形密封，其中，在凹口的內部， 密封體的表面具有凹入區域，其朝向底面中的開口過渡入凸出區域， 這個過渡通過拐點或者通過具有恆定斜率的部分而實現，恆定斜率或者在拐點處的斜率不小於30°,優選地不小於38°，進一步優選地不小 於420。
7. 根據前述任一權利要求所述的成形密封，其中，在凹口的內部， 密封體的表面具有凹入區域，其朝向底面中的開口過渡入凸出區域， 這個過渡通過拐點或者通過具有恆定斜率的部分而實現，拐點處的斜 率不大於60。，優選地不大於52°，進一步優選地不大於48。。
8. 根據權利要求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形底部(41)和設置在底部的端 面(43)上的固定環(44)。
10. 根據權利要求9所述的密封配置，其中，固定環(44)形狀 配合地接合於密封體(3)的插口 (36)的底切中。
11. 根據權利要求9或IO所述的密封配置，其中，這樣測定固定 環的尺寸，使得當凹口設置在固定環周圍時，密封體的橫截面變寬。
12. 根據權利要求9或10所述的密封配置，其中，當密封配置常 規地設置在環形間隙中時，密封體的徑向壓縮約為10% 25%。
13. 根據權利要求9 12之一所述的密封配置，其中，密封支持 體(4)具有形狀穩定的材料，例如PEEK。
14. 根據權利要求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. 用於檢測物理或化學過程參數的傳感器，包括根據權利要求9-14之一所述的密封配置，其中第一傳感器部件形成環形腔的內壁， 同軸設置的第二傳感器部件形成環形腔的外壁，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形腔的內壁，同軸設置的第二電極形成環形 腔的外壁，並且這兩個電極通過密封配置而彼此電隔離並彼此對中。
全文摘要
一種成形密封，用於相對於介質密封在外圓周壁和內圓周壁之間的環形間隙，包括彈性的可徑向夾鉗的環形密封體(3)，其具有環形的徑向外部密封面(32)用於接觸外圓周壁(2)以及環形的徑向內部密封面(31)用於接觸內圓周壁(1)；環形的介質側頂面(33)，其在徑向外部密封面和徑向內部密封面之間延伸；環形底面(34)，其在背離頂面(33)的一側上在外部密封面和內部密封面之間延伸；和至少一個在底面中的環形凹口(36)，用於容納固定環(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 優先權日2006年5月24日
發明者託爾斯滕·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