CN101874202B - 电化学传感器的密封组件 - Google Patents

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Abstract

特别是用于电化学传感器的组件(1)，其包括具有第一材料的功能体(2)，其中功能体的表面至少部分被塑料保护体(10)覆盖，其中功能体的表面的至少一个自由部分没有被塑料保护体覆盖，并且其中该自由部分由至少一个环绕的自封闭边界线界定，塑料保护体在该边界线紧贴功能体，其中在塑料保护体中，与边界线相间隔地有一弹性密封环(4)密封地紧贴功能体的表面，以相对于可能从塑料保护体(10)和功能体(2)之间的边界线产生的间隙密封功能体(2)。

Description

电化学传感器的密封组件
技术领域
本发明涉及一种组件以及具有这种组件的电化学传感器，特别是电导率传感器。
背景技术
这类组件包括：例如金属的功能体，其至少部分由塑料保护体环绕，特别是被利用塑料围绕注塑。金属零件以及其他由无机金属制成的部件往往在利用底漆预处理之后被利用注模方法而罩上塑料。这里，底漆应当提供良好的粘附性并保证塑料密封地结合金属表面。尽管这个步骤基本上是按照目标而进行的，但是由塑料保护体围绕的金属功能体组件的应用领域很窄，这是因为由于金属和塑料的不同热膨胀系数，仅仅在非常有限的温度范围内可以实现在两种材料之间的分界面处的密封。在温度过高的情况，在金属功能体与围绕它的塑料保护体之间可能产生间隙，于是液体和腐蚀性介质可能渗入该间隙。于是，这会导致组件或含有该组件的装置的破坏。同样，这种间隙是细菌滋生的理想起始点，从而现有技术的组件仅仅很局限地适用于卫生应用。
发明内容
于是，本发明的目的是提供一种组件，其具有由塑料保护体围绕且例如由金属的或其他无机的材料制成的功能体，该组件克服现有技术的上述缺点。
进一步，本发明的一个目的是提供克服上述缺点的传感器。
该目的根据本发明由按照独立权利要求1的组件以及按照独立权利要求14的传感器而实现。另外，为了实现上述目的，本发明提供了按照独立权利要求15的方法，用于围绕金属功能体以塑料注塑。
本发明的组件包括具有第一材料的功能体，其中功能体的表面至少部分被塑料保护体覆盖，其中功能体的表面的至少一个自由部分没有被塑料保护体覆盖，并且其中该自由部分由至少一个环绕的自封闭边界线界定，塑料保护体在该边界线紧贴功能体，其特征在于，在塑料保护体中，与边界线相间隔地有一弹性密封环密封地紧贴功能体的表面，以相对于可能从塑料保护体和功能体之间的边界线产生的间隙密封功能体。
功能体可以例如被塑料保护体围绕，其中，在本发明的一个实施例中，自由部分从塑料保护体突出，其中弹性密封环围绕功能体延伸，以相对于可能从塑料保护体和功能体之间的边界线产生的间隙密封功能体。
在本发明的一个实施例中，功能体可以具有环绕的邻接面，以支持密封环不会垂直于由密封环限定的平面移动。当在金属的功能体上施加塑料会导致密封环例如由于注塑压力而移动时，这是特别具有优点的。
在本发明的另一实施例中，功能体可以具有基本平面的表面部分，其包含表面的自由部分，其中密封环密封地紧贴基本平坦的表面部分。
在本发明的进一步发展中，除了注塑的塑料之外，塑料保护体可以具有成形件，其至少部分环绕密封环。
成形件可以特别是用于在为了形成塑料保护体而施加或注塑塑料时，将弹性密封环与热塑料隔离。
成形件可以例如包括套筒，其环形围绕弹性密封环并且在给定的情况下在密封环的端面上，其中套筒可以令密封环在周围压向功能体。
套筒可以例如具有一个在密封环背离邻接面的面上环形紧贴功能体的部分。
在本发明的另一实施例中，成形件可以构造为环形并且具有基本同轴的用于容纳密封环的槽，其中槽从成形件的端面延伸入成形件。在本发明的这个实施例的进一步发展中，成形件可以将密封环压向功能体的平坦表面部分。
在本发明的进一步发展中，成形件可以与注塑的塑料整体连接。例如，成形件可以具有与覆盖功能体的表面的塑料相同的材料。
“整体连接”是指这样的一种连接，其中成形件的材料和周绕的塑料在它们公共的分界面牢固地彼此附着。这可以例如通过在施加融化的塑料或其成分期间在套筒材料的表面熔化，或者通过成形件的材料和塑料之间的化学反应，而实现。
功能体可以特别是具有金属或半导体材料。金属的功能体可以例如用作传感器(例如，电化学传感器，特别是电导率传感器)的电极。作为电极，金属的功能体可以例如至少部分为圆柱形。
在本发明的进一步发展中，功能体的至少部分被塑料保护体覆盖的表面可以在周围被利用塑料，特别是热塑性塑料而注塑。例如，聚醚砜(PES)、聚醚醚酮(PEEK)或其他高性能塑料都适用。
本发明的传感器包括：至少一个本发明的组件，其中功能体的表面的自由部分用作传感器的要由测量介质冲击的部分。例如，自由部分可以是电导率传感器的电极部分或者离子敏感的场效应晶体管(ISFET)的离子敏感部分。进一步，传感器可以例如是湿度传感器或温度传感器。
本发明的电导率传感器可以包括至少两个彼此电绝缘的电极，它们可以被测量介质冲击。例如，本发明的组件可以用于实现第一电极和第二电极，其包括至少部分圆柱形且同轴地围绕组件的金属套筒，以构成完整的电导率传感器。
本发明的用于制造本发明的组件的方法围绕功能体以塑料进行注塑以形成塑料保护体，该方法包括以下步骤：
将弹性密封环放置于功能体上；
施加成形件，用于保护弹性密封环不受在密封环上注入的塑料影响，并且在给定的情况下用于将密封环压向功能体；以及
至少部分围绕功能体以塑料进行注塑，以形成塑料保护体，其中成形件可以与注塑的塑料整体连接。
附图说明
现在根据附图中示出的实施例解释本发明，附图中：
图1是本发明的组件的第一实施例的部件的视图；
图2是包含本发明的组件的本发明的电导率传感器的纵截面；和
图3以制作步骤A～D的顺序显示了用于pH-ISFET传感器的本发明的组件的纵截面。
具体实施方式
图1显示了圆柱状的金属体2，其由不锈钢制成并且要在周围被利用热塑性塑料(其特别是含有聚醚砜(PES))注塑，直至邻接其下端面3的轴向端部。
以这种方式，金属圆柱体被电绝缘体围绕。PES特别好地适用于此，因为PES具有良好的化学稳定性并且因而能够实现在电化学传感器中使用组件。另外，PES具有高度的形状稳定性。于是，由PES制成的部件几乎不会有任何弹性形变。然而，与此相关的是以下缺点：前面提到的由于不同热膨胀系数而在圆柱状金属体(2)和(未显示的)塑料外套之间可能的环形间隙不能被塑料外套的弹性特性而抵消。根据本发明，弹性密封环(4)被推上圆柱状金属体(2)，以使得即使在形成环形间隙的情况中，密封环(4)的弹性材料(例如，人造橡胶，特别是全氟代人造橡胶或含氟橡胶)也可以将圆柱状金属体(2)相对于围绕它的塑料保护体而密封。
对于以塑料围绕金属体(2)注塑的情况，由于塑料的粘性而将会有较大的力，具有优点的是在圆柱状金属体(2)上提供止挡面，以支撑密封环(4)。这种止挡面可以例如利用金属的垫圈(6)而提供，该垫圈例如通过摩擦互锁或者焊接而固定至圆柱状金属体(2)。在注塑之前，密封环(4)被完全推向垫圈(6)，以防止在注塑期间进一步的位置改变。
由于喷注材料可能破坏弹性密封环(4)，密封环(4)可以进一步被套筒(8)保护，其中套筒被推到密封环(4)上并且在给定的情况下还被推到垫圈(6)上。正如在图1中没有详细展示的，套筒可以具有径向梯级，以保证密封环(4)被以限定的径向挤压力而压向圆柱状金属体(2)。
图2显示了在安装状态中，在电化学传感器(即，电导率传感器)中的图1的组件。具有圆柱状金属体(2)的组件(1)在周围被利用塑料(10)注塑，其中由密封环(4)、垫圈(6)和套筒(8)组成的密封部件与塑料体(10)的端面(11)的距离大致为围绕金属体(2)的塑料体(10)的半径。当现在由于温度波动而在塑料体(10)和圆柱状金属体(2)之间产生环形间隙时，环形间隙被弹性密封环(4)阻塞，从而防止了测量介质进一步渗入组件，其中所述的圆柱状金属体接触从塑料体(10)的端面(11)围绕电化学传感器的介质。优选地，套筒(8)与塑料体(10)的材料为相同的材料。特别是在PES的情况中，在围绕金属体注塑期间，套筒(8)的表面熔化，从而套筒(8)与塑料体(10)的材料整体连接。因为由此在套筒周围不会产生绕过弹性密封(4)的并行污染路径，所以这样是具有优点。下面将简要介绍本发明的电导率传感器的细节。圆柱状金属体(2)形成具有两个同轴电极的电导率传感器的内部电极，其中内部电极的电压或电流被经由导线(12)而检测，该导线通过中央孔与内部电极流电接触。提供圆柱状不锈钢套筒(14)作为外部电极，其施加在同样部分圆柱状的塑料体(10)上。套筒(14)在其下端部具有至少一个裂口(16)，以防止根据浮钟原理形成围绕中央电极(2)的气泡。
通过导线(18)引出外部电极(14)的电位或电流，该导线在塑料体(10)的外表面接触套筒。另外，电导率传感器还包括外壳(20)，用于操作电导率传感器的电子电路布置在该外壳中。然而，电子电路的细节对于本发明不重要。
图3中显示的实施例涉及pH-ISFET传感器的组件101，或者更精确地，涉及用于为传感器支架110安装这种在外壳118中的传感器的生产步骤，其中传感器支架110在这里对应于功能体，并且外壳具有塑料保护体。传感器支架110包括：具有离子敏感的栅部112的半导体传感器，其在测量操作中测量介质冲击。于是，在为了制造外壳118而围绕传感器支架110以塑料进行注塑期间，这个栅部保持没有塑料。
首先，在生产步骤A，将传感器支架110放置于注模120中，其中，在传感器支架110上围绕栅部112放置弹性密封环114，在密封环上叠加环形塑料成形件116，该成形件在下端面具有同轴分布的环形槽，用于容纳密封环。在步骤B，注模120被利用盖122密封，其中盖122具有冲头124，该冲头一方面将塑料成形件116向下压在传感器支架110上，使得密封环114被压入塑料成形件116的环形槽中，并且冲头另一方面在塑料成形件116背离传感器支架的端面上密闭地密封该塑料成形件，使得由塑料成形件116围绕的栅部112相对于在生产步骤C中注入注模120的塑料(例如，聚醚砜)得到保护。
在注入的塑料在模子中固化之后，可以将组件101从注模120移出。
塑料成形件116可以具有例如与在步骤C中注入注模的塑料相同的塑料。通过在塑料成形件116的表面上熔化而不危害塑料成形件的结构稳定性，塑料成形件可以与注入的外壳材料整体连接，并且与其一起形成塑料保护体118。于是，成形件可以合并在塑料保护体中。另一方面，在切面分析中，注入的塑料和塑料成形件116之间的边界轮廓仍然是可识别的。

Claims (15)

1.用于电化学传感器的密封组件(1)，包括：具有第一材料的功能体(2)，其中功能体的表面至少部分被塑料保护体(10)覆盖，其中功能体的表面的至少一个自由部分没有被塑料保护体覆盖，并且其中该自由部分由至少一个环绕的自封闭的边界线界定，塑料保护体在该边界线紧贴功能体，
其中，在所述塑料保护体中，与所述边界线相间隔地，一弹性的密封环(4)密封地紧贴所述功能体的所述表面，以相对于从所述塑料保护体(10)和所述功能体(2)之间的所述边界线产生的间隙密封所述功能体(2)，
其中，功能体(2)具有环绕的邻接面(6)，以支持密封环(4)不会垂直于由密封环限定的平面移动，
其特征在于，
所述塑料保护体(10)具有注入的塑料和成形件，该成形件至少部分环绕或封闭所述密封环，
其中，所述成形件包括套筒(8)，该套筒环形围绕所述弹性的密封环(4)，其中所述套筒(8)令所述密封环(4)在周围压向所述功能体(2)，
其中，所述套筒(8)具有一个在所述密封环(4)背离所述邻接面(6)的面上环形紧贴所述功能体(2)的部分。
2.根据权利要求1所述的密封组件(1)，其中，功能体(2)被塑料保护体围绕，以及其中，自由部分从塑料保护体突出，其特征在于，弹性的密封环围绕功能体延伸，以相对于从塑料保护体(10)和功能体(2)之间的边界线产生的间隙密封功能体(2)。
3.根据权利要求1所述的密封组件(1)，其中，功能体(2)具有基本平坦的表面部分，该表面部分包含表面的自由部分，其中密封环(4)密封地紧贴在所述基本平坦的表面部分上。
4.根据权利要求1所述的密封组件(1)，其中，成形件构造为环形并且具有基本同轴的用于容纳密封环的槽，其中该槽从成形件的端面延伸入成形件。
5.根据权利要求3所述的密封组件(1)，其中，成形件将密封环压向功能体的平坦的表面部分。
6.根据权利要求1所述的密封组件(1)，其中，成形件与注塑的塑料整体连接。
7.根据权利要求6所述的密封组件(1)，其中，成形件具有与注入的塑料相同的材料。
8.根据权利要求1所述的密封组件(1)，其中，功能体具有金属材料或半导体材料。
9.根据权利要求1所述的密封组件(1)，其中，功能体的至少部分被塑料保护体覆盖的表面在周围被利用塑料注塑。
10.根据权利要求9所述的密封组件(1)，其中，功能体的至少部分被塑料保护体覆盖的表面在周围被利用热塑性塑料注塑。
11.根据权利要求9所述的密封组件(1)，其中，功能体的至少部分被塑料保护体覆盖的表面在周围被利用聚醚砜或聚醚醚酮注塑。
12.电化学传感器(9)，其包括至少一个根据前述任一权利要求所述的密封组件(1)，其中功能体的表面的自由部分用作传感器的要由测量介质冲击的部分。
13.根据权利要求12所述的电化学传感器(9)，其中功能体的表面的自由部分作为电导率传感器的电极部分或者离子敏感的场效应晶体管(ISFET)的离子敏感部分。
14.用于制造根据权利要求1-11之一所述的密封组件的方法，其中为了形成塑料保护体而围绕功能体以塑料进行注塑，该方法包括以下步骤：
将弹性的密封环放置于所述功能体上；
施加成形件，用于保护所述弹性的密封环不受在所述密封环上注入的塑料影响，并且在给定的情况下用于将所述密封环压向所述功能体；以及
至少部分围绕所述功能体以塑料进行注塑，以形成所述塑料保护体。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述成形件与注塑的塑料整体连接。
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