CN111226101A - 用于压力传感器的可更换的工艺密封件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于压力传感器的工艺密封件(1)，该工艺密封件(1)具有尺寸稳定的密封芯(45)并且具有由热塑性密封材料制成的涂层(47)，可以以简单的方式更换所述工艺密封件，特别是可以在大致不损失测量精度的情况下进行更换。所述工艺密封件(1)的区别在于：所述工艺密封件是这样的工艺密封件(1)，其在预老化方法中预老化，该预老化方法能够以可重复的方式进行，所述工艺密封件能够作为可更换的部件用在压力传感器中，并且所述工艺密封件被夹紧在夹紧装置中，该夹紧装置在所述预老化方法期间在所述工艺密封件上施加夹紧力，并且所述夹紧装置具有包围被夹紧在该夹紧装置中的工艺密封件(1)的夹紧几何形状，该夹紧几何形状与压力传感器中的包围工艺密封件(1)的夹紧几何形状大致相同。

Description

用于压力传感器的可更换的工艺密封件

技术领域

本发明涉及一种压力传感器工艺密封件，该压力传感器工艺密封件具有形状保持芯和施加在该芯上的热塑性密封材料制成的涂层，本发明涉及一种配备有该工艺密封件的压力传感器，并且本发明涉及一种用于制造和用于使用这种工艺密封件的方法。该工艺密封件可以与压力传感器结合使用，该压力传感器包括

-压敏装置，该压敏装置被保持在传感器壳体中，

-工艺连接件，该工艺连接件借助于可释放的机械连接件能够与传感器壳体连接，

-压力传输导管，该压力传输导管引导通过工艺连接件和设置在传感器壳体中的开口到压敏装置，压敏装置的前部面通过该压力传输导管能够与具有待测量的压力的介质接触，以及

-夹紧设备，该夹紧设备用于夹紧压敏装置并且将工艺密封件夹紧在压敏装置的前部面的外边缘与工艺连接件的密封表面之间，其中该夹紧设备包括元件，该元件在与法向于压敏装置的前部面的表面平行延伸的方向上是弹性的，并且在被夹紧的工艺密封件的情况下，该元件处在预应力的作用下。

背景技术

压力传感器被应用于工业测量技术中，用于压力的计量记录。在这种情况下，压力传感器借助于工艺连接件被连接到使用位置，然后在使用位置处，经由压力传输导管为压力传感器的压敏装置供应具有待测量的压力的介质。

在DE 42 13 857 A1和DE 102 27 479 A1中描述了压力传感器，在这样的压力传感器的情况下，用作工艺密封件的弹性体制成的O形环被夹紧在压敏装置的前部面的外边缘与工艺连接件的密封表面之间，所述压敏装置被保持在传感器壳体中，所述工艺连接件借助于可释放的机械连接件与传感器壳体连接。在这些压力传感器的情况下，在测量操作期间与介质直接接触的工艺连接件和弹性O形环都可以在需要时被更换。

然而，存在这样的应用，在这些应用的情况下，不能使用弹性O形环，或者如果使用的话，那么只能在具有限制的情况下进行使用。这方面的示例是化学侵蚀性介质的情况下的压力测量。然而，由于热塑性密封材料没有足够的弹性并且在压力的作用下蠕变，所以使用化学上更耐用的热塑性密封材料(诸如例如聚四氟乙烯(PTFE))制成的工艺密封件证明是有问题的。

DE 103 34 854A1提出通过提供将位于压敏装置的前方的密封布置结构与压敏装置一起夹紧在传感器壳体中来解决这个问题，该传感器壳体具有开口，压敏装置通过该开口能够与承受待测量的压力的介质接触。这个开口在外部由传感器壳体的圆形形状的径向向内延伸的肩部包围，密封布置结构在该肩部的内侧上被夹紧在压敏装置的外边缘和肩部之间。密封布置结构在其面向压敏装置的那一个面上包括陶瓷脱离环，并且在其面向肩部的那一个面上布置有聚四氟乙烯(PTFE)制成的垫圈。附加地是，提供了一种用于压敏装置和密封布置结构的轴向夹紧的夹紧设备，该夹紧设备包括在轴向方向上有弹性的元件。该弹性元件在轴向方向上具有弹性，该弹性的大小被设定成使得在介质的压力的压力波动和压力涌动的情况下以及在温度波动的情况下，上述平坦的密封件仅暴露于这种轴向夹紧压力的波动，这不会使密封件的密封作用劣化。同时，弹性元件用于补偿上述平坦的密封件在与热塑性密封材料的蠕变和/或沉降相关的载荷的作用下的变形。

可替代地是，该问题可以根据申请人于2017年1月11日提交的德国专利申请DE 102017 100 402.5来解决，该申请用于压力传感器，该压力传感器具有上面在描述本发明的技术领域的部分中所阐述的特征，并且该压力传感器的工艺密封件包括形状保持芯和至少部分地包围该芯的热塑性密封材料制成的外壳。该工艺密封件借助于夹紧设备被夹紧，该夹紧设备用于夹紧压敏装置并且将工艺密封件轴向夹紧在压敏装置的前部面的外边缘与工艺连接件的密封表面之间，该夹紧设备包括在轴向方向上有弹性的元件。

这两种解决方案都允许使用与弹性体相比在化学上显著更耐用的热塑性密封材料。

然而，当需要时，包含热塑性密封材料的工艺密封件不能被直接更换。其原因是在将新的工艺密封件安装在压力传感器中之后出现的热塑性密封材料的蠕变和/或沉降，这导致工艺密封件在轴向方向上的结构高度的显著降低。这种结构高度的降低、特别是在紧接着安装之后的特别显著的降低实际上可以由弹性元件在一定限度内进行补偿。然而，这导致由弹性元件施加在工艺密封件上的夹紧力的减小，并且与此带来的是，不可避免地还导致由弹性元件施加在压敏装置上的夹紧力的减小。

这个问题可以通过适当地在封闭传感器壳体之前在热塑性密封材料蠕变之后在工厂中重新调节弹性元件的轴向预应力来解决。然而，就传感器壳体的内部空间的至少部分填充有灌封材料来说，弹性元件不再是可接近的，从而使得预应力的进一步重新调节不再可能。

由于热塑性密封材料的蠕变和/或预应力的重新调节引起的由夹紧设备施加在压敏装置上的夹紧力的改变导致压力传感器的测量特性的改变。为了获得尽可能好的测量精度，在夹紧工艺密封件之后以及在给定的情况下是在对弹性元件的轴向预应力的所需的重新调节之后，可以在工厂中对这些压力传感器进行校准。在这种情况下，在压力传感器的总的压力测量范围内，通过连接到压敏装置并存储在压力传感器中的测量电子器件来确定压力相关的被测量的变量与作用在压敏装置上的压力的相关性。此后，可以将压力传感器置于测量操作中，在该测量操作期间，基于在测量操作中确定出的被测量的变量以及其与在校准中确定出的待测量的压力的相关性来确定待测量的压力。

弹性元件的预应力的重新调节以及校准方法的进行均需要为此目的而设计的技术设备，这些技术设备不是通常存在于压力传感器的使用地点处。因此，在使用地点处进行工艺密封件的更换通常是不可能的。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于压力传感器的工艺密封件，该工艺密封件具有上面在描述本发明的技术领域的部分中提及的特征，该工艺密封件能够以简单的方式被更换，特别是在大致没有测量精度的损失的情况下被更换。

为此，本发明在于一种压力传感器的工艺密封件，该工艺密封件包括形状保持芯和施加在该芯上的热塑性密封材料制成的涂层，其中所述压力传感器包括

-压敏装置，该压敏装置被保持在传感器壳体中，

-工艺连接件，该工艺连接件借助于可释放的机械连接件能够与传感器壳体连接，

-压力传输导管，该压力传输导管引导通过工艺连接件和设置在传感器壳体中的开口到压敏装置，压敏装置的面通过该压力传输导管能够与具有待测量的压力的介质接触，以及

-夹紧设备，该夹紧设备用于夹紧压敏装置并且将工艺密封件夹紧在压敏装置的前部面的外边缘与工艺连接件的密封表面之间，其中夹紧设备包括元件，该元件在与法向于压敏装置的前部面的表面平行延伸的方向上是弹性的，并且在被夹紧的工艺密封件的情况下，该元件处在预应力的作用下，

其特征在于，工艺密封件是在预老化方法中被预老化的工艺密封件，该预老化方法能够以可重复的方式进行，并且该工艺密封件能够作为可更换的部件插入压力传感器中，其中工艺密封件在预老化方法期间被夹紧在夹紧设备中，该夹紧设备在该工艺密封件上施加夹紧力，其中夹紧设备具有包围被夹紧在该夹紧设备中的工艺密封件的夹紧几何形状，该夹紧几何形状与压力传感器中的包围工艺密封件的夹紧几何形状相同。

本发明提供如下优点，即，当需要时，应用于压力传感器中的本发明的工艺密封件能够在任何时候毫无问题地由等同地构造的、相同预老化的工艺密封件来更换，并且不意味着作用在压力传感器上的夹紧力会以如下方式改变，即：该方式将需要重新调节弹性元件的预应力和/或重新校准，并且/或者该方式将使压力传感器的测量特性、特别是测量精度持续地劣化。

工艺密封件的优选实施例的特征在于如下特征，这些特征包括

-芯是形状保持材料制成的、特别是陶瓷制成的单件式芯，或者芯包括内部环形形体，特别是陶瓷制成的内部环形形体，该内部环形形体由具有更大高度的外部环形形体、特别是钛制成的外部环形形体所包围，并且/或者

-涂层(47)由聚四氟乙烯(PTFE)、由氟化乙烯丙烯(FEP)、由全氟烷氧基烷烃(PFA)构成，或者由包含聚四氟乙烯(PTFE)、氟化乙烯丙烯(FEP)或全氟烷氧基烷烃(PFA)的热塑性密封材料构成。

工艺密封件的第一进一步发展的特征在于如下特征，这些特征包括：在进行预老化方法之后，工艺密封件的涂层具有大于或等于15μm的最小厚度、特别是大于或等于20μm的最小厚度的层厚度，其中该层厚度特别是小于或等于70μm的最大厚度，特别是小于或等于50μm的最大厚度，特别是小于或等于30μm的最大厚度。

工艺密封件的第二进一步发展的特征在于如下特征，这些特征包括：工艺密封件被实施成在预老化方法终止之后经受后处理的工艺密封件，在这种情况下，在预老化方法期间已蠕变的过量的密封材料通过后处理被去除，其中特别是通过平滑切割来去除过量的密封材料。

工艺密封件的另一个实施例的特征在于如下特征，这些特征包括：涂层至少在芯的在压力传感器中面对压敏装置的前部面的上述边缘和面对工艺连接件的密封表面的彼此相反的表面上延伸，其中涂层特别地还在至少一个其它表面上延伸，特别是在芯的外部侧向表面上延伸，并且/或者涂层被实施成在所有侧上包围芯的护套。

此外，本发明在于一种包括本发明的工艺密封件的压力传感器，其特征在于，该压力传感器进一步包括

-上述压敏装置，该压敏装置被保持在传感器壳体中，

-上述工艺连接件，该工艺连接件借助于可释放的机械连接件能够与传感器壳体连接，

-上述压力传输导管，该压力传输导管引导通过工艺连接件和设置在传感器壳体中的开口到压敏装置，压敏装置的前部面通过该压力传输导管能够与在待测量的压力下的介质接触，以及

-上述夹紧设备，该夹紧设备用于夹紧压敏装置和工艺密封件，并且该夹紧设备具有元件，该元件在与法向于压敏装置的前部面的表面平行延伸的方向上是弹性的，并且该元件处在预应力的作用下，

-其中工艺密封件被夹紧在压敏装置的前部面的外边缘与工艺连接件的密封表面之间。

压力传感器的进一步发展的特征在于如下特征，这些特征包括：

-夹紧设备的弹性元件作用在远离工艺连接件的、压敏装置的后部面上，该弹性元件在压敏装置和配对支承之间，该配对支承特别是压环，

-弹性元件包括弹簧系统和/或一个或多个彼此接触的弹簧，特别是一个或多个贝氏弹簧，

-在压敏装置和弹性元件之间布置有脱离环，

-工艺连接件具有端部段，该端部段以松配合被引入到开口中并突出到开口中，该端部段的面向压敏装置的端部包括上述密封表面，

-工艺连接件的密封表面被实施成密封座，该密封座具有与工艺密封件的面向工艺连接件的表面的表面轮廓相对应的表面轮廓，并且/或者

-工艺连接件包括凸缘，该凸缘的面向传感器壳体的肩部安置抵靠在传感器壳体的邻接表面上，该邻接表面用作用于可释放连接件的邻接部并且面向工艺连接件。

压力传感器的优选实施例的特征在于如下特征，这些特征包括：

-压敏装置被插入传感器壳体中的空腔中，并且在中间插有具有角形横截面的环，所述角形横截面具有大致L形的横截面轮廓，并且

-具有角形横截面的环包括：大致圆筒形区域，该大致圆筒形区域被布置在压敏装置与向外包围压敏装置的空腔的内壁之间的环形间隙中；和径向向内延伸的肩部，该径向向内延伸的肩部绕着压敏装置的前部面的外边缘区域进行夹持，并且

-具有角形横截面的环抵靠在传感器壳体的边缘凸缘上，该凸缘在所有侧上在外部界定传感器壳体的开口，

-其中具有角形横截面的环特别地完全由弹性体构成或者包括形状保持材料制成的第一部件，其中该第一部件包括远离压敏装置的、径向向内延伸的肩部的下部部分，该第一部件在轴向方向上延伸到圆筒形形状的间隙中，并且该第一部件与弹性材料制成的第二部件连接，该第二部件至少部分地在压敏装置的外部侧向表面和空腔的内壁之间延伸到上述圆筒形形状的间隙中。

压力传感器的最后一个实施例的进一步发展的特征在于如下特征，这些特征包括：具有角形横截面的环、特别是具有角形横截面的环的肩部形成工艺密封件的外部收容部。

另外，本发明包括一种用于制造本发明的工艺密封件以及该工艺密封件在本发明的压力传感器中的使用的方法，其特征在于，

-可插入压力传感器中的工艺密封件通过用涂层涂覆该工艺密封件的芯来被预先制造，并且以这种方式获得的新的密封件通过预老化方法被预老化，该预老化方法能够通过将新的密封件夹紧在夹紧设备中以在该新的密封件上施加夹紧力而以可重复的方式进行，其中夹紧设备具有包围夹紧在该夹紧设备中的工艺密封件的夹紧几何形状，该夹紧几何形状与压力传感器中的包围工艺密封件的夹紧几何形状大致相同，并且

-通过借助于可释放的机械连接件将工艺连接件与预先制造的组件的传感器壳体连接(在中间插有工艺密封件)来将工艺密封件中的一个工艺密封件夹紧在压力传感器中，所述预先制造组件包括传感器壳体、被保持在该传感器壳体中的压敏装置以及夹紧设备，并且，

-夹紧在压力传感器中的工艺密封件随后由等同地构造的、已相同预老化的工艺密封件更换至少一次，并且/或者工艺连接件由其它工艺连接类型和/或具有其它工艺连接几何形状的工艺连接件更换至少一次。

该方法的第一进一步发展的特征在于如下特征，这些特征包括：

-的新密封件的涂层具有在大约50μm至200μm的大小内的初始层厚度，并且/或者

-已预老化的工艺密封件的涂层具有一定的层厚度，

-该层厚度大于或等于15μm、特别是20μm的最小层厚度，并且/或者

-该层厚度小于或等于70μm、特别是50μm、特别是30μm的最大厚度。

该方法的其它进一步发展的特征在于如下特征，这些特征包括：

-在预老化方法期间借助于夹紧设备施加在密封件上的夹紧力真正大于由预应力作用的元件施加在被夹紧在压力传感器中的工艺密封件上的夹紧力，夹紧力根据压力传感器的标称压力范围被预先确定，其中，在预老化方法期间所预先确定的夹紧力在5000N至7000N的范围内的情况下，设定在大约5500N至7500kN的大小内的夹紧力，

-密封件在预老化方法期间被加热至大于或等于压力传感器的使用温度范围(特别是-10℃至+125℃或-40℃至+150℃的使用温度范围)的温度上限的温度，其中该温度超过温度上限特别是少于100℃，特别是少于50℃，并且/或者

-密封件被预老化所经过的时间段以如下方式被确定大小，即：该方式使得密封件在该时间段期间在密封材料的蠕变性能方面达到大致稳定的暂定最终状态。

该方法的另一个进一步发展的特征在于如下特征，这些特征包括：

在预老化方法终止之后，对工艺密封件进行后处理，在这种情况下，在将工艺密封件插入到压力传感器中之前，去除已蠕变的过量的密封材料，特别是通过平滑切割来去除该过量的密封材料。

该方法的另一个进一步发展的特征在于如下特征，这些特征包括：

在具有预先制造的工艺密封件中的一个工艺密封件的压力传感器的初始启动之前，在工艺密封件被夹紧在压力传感器中的情况下，

-在压力传感器的初始启动之前，夹紧设备的弹性元件的预应力以如下方式被设定，即：该方式使得由元件施加在压敏装置和已预老化过的工艺密封件上的夹紧力处于针对压力传感器的标称压力范围而预先确定的值范围内，并且/或者

-进行校准方法，在这种情况下，在压力传感器的总压力测量范围上，确定借助于压敏装置和与该压敏装置连接的测量电子器件得出的压力相关的被测量的变量与作用在压敏装置上的待测量的压力的相关性并将该相关性存储在压力传感器中，基于这种相关性，压力传感器确定在随后的测量操作期间待测量的压力。

该方法的另一个进一步发展的特征在于如下特征，这些特征包括：

在每次更换工艺密封件和/或工艺连接件之后，压力传感器以大致不变的测量精度恢复测量操作，而不需要首先进行重新调节弹性元件的预应力并且/或者进行重新校准。

附图说明

现在将基于附图更详细地解释本发明及其优点，在附图中示出了实施例的示例。相同的元件在附图中被提供有相同的附图标记。附图示出如下：

图1是本发明的压力传感器；并且

图2是图1中圈出的图1的压力传感器的细节的放大表示。

具体实施方式

本发明包括用于压力传感器的工艺密封件1、配备有这种工艺密封件1的压力传感器以及用于制造和用于使用本发明的工艺密封件1的方法。

本发明的工艺密封件1可以被用于压力传感器中，该压力传感器包括

-压敏装置5，该压敏装置5被保持在传感器壳体3中，

-工艺连接件9，该工艺连接件9借助于可释放的机械连接件7能够与传感器壳体3连接，

-压力传输导管13，该压力传输导管13引导通过工艺连接件9和设置在传感器壳体3中的开口11到压敏装置5，压敏装置5的前部面通过该压力传输导管13能够与具有待测量的压力的介质接触，以及

-夹紧设备，该夹紧设备用于夹紧压敏装置5并且将工艺密封件1夹紧在压敏装置5的前部面的外边缘与工艺连接件9的密封表面17之间，其中夹紧设备包括元件15，该元件15在轴向地延伸的(即，与法向于压敏装置5的前部面的表面平行延伸的)方向上是弹性的，并且该元件在被夹紧的工艺密封件1的情况下处于预应力的作用下。

图1示出了这种压力传感器的实施例的示例的截面图。图2示出了图1中圈出的图1的压力传感器的细节的放大表示。

在这些压力传感器中，可以使用现有技术中已知的压敏装置，该压敏装置的前部面能够与压力作用下的介质接触。图1在这方面作为实施例的示例示出了压敏装置5，该压敏装置5具有平台19和测量膜23(该测量膜23由对介质具有耐抗性的材料(诸如例如陶瓷)制成)，该测量膜23与平台19连接，以封围出压力腔室21，并且该测量膜23能够通过在外部作用的压力而变形。压敏装置5包括机电换能器，该机电换能器将取决于作用在测量膜23上的压力的测量膜23的偏转转换成取决于待测量的压力的电变量。该电变量由连接到压敏装置5的测量电子器件25所记录，特别是由其换能器所记录，并且被转换成取决于待测量的压力的被测量的变量。作为这方面的实施例的示例，图1示出了电容式换能器，该电容式换能器包括布置在平台19的朝向所述膜的面上的电极27，该电极27与布置在该测量膜15的面向平台的内部面上的配对电极29一起形成电容器，该电容器具有取决于测量膜21的变形的电容。可替代地是，自然也可以应用取决于另一种换能器原理的机电换能器，诸如例如光学换能器、干涉式换能器或压阻式换能器。

这里作为示例示出的工艺连接件9具有在外部包围压力传输导管13的大致圆筒形段，该段由在外部径向延伸的突起31在外部包围，该突起31的面向传感器壳体3的表面安置抵靠在传感器壳体3的邻接表面上，该邻接表面用作用于可释放连接件7的邻接部并且面向工艺连接件9。这总是提供工艺连接件9相对于传感器壳体3的高度精确、可重复的定位性。

圆筒形段可以可选地是具有通过松配合被引入到开口11中的端部段，该端部段的面向压敏装置5的端部包括工艺连接件9的密封表面17。密封表面17优选被实施成密封座，该密封座具有与工艺密封件1的面向工艺连接件9的表面的表面轮廓相对应的表面轮廓。

夹紧设备的弹性元件15优选地是以如下方式被布置和实施，即：该方式使得弹性元件15在压敏装置5的后部面上施加被指向在压敏装置5的前部面的方向上的夹紧力，所述后部面与压敏装置5的前部面相反。

弹性元件15的预应力优选以如下方式被确定大小或进行设定，即：该方式使得由元件15施加在压敏装置5和工艺密封件1上的夹紧力处于针对压力传感器的压力测量范围(通常也被称为压力传奇的标称压力范围)而预先确定的值范围内。这个值范围以如下方式被确定大小，即：该方式使得夹紧力在总压力测量范围内足够大，以便确保被夹紧的工艺密封件1的足够的密封作用。因此，对于标称压力范围为100巴的压力传感器，夹紧力可以被设定在例如5000N至7000N的范围内。

在这种情况下，压敏装置5在传感器壳体3中的安装还确保了当工艺连接件9被去除时，压敏装置5不会通过开口11从传感器壳体3中被驱逐出去。为此，足够的是，由传感器壳体3的凸缘33在所有侧上向外包围的开口11具有比压敏装置5的前部面的面积小的面积。

可选地是，可以将压敏装置5放置在传感器壳体3中的空腔中，并且在中间插有具有角形横截面的环35，该角形横截面可选地是在图1中被示出为具有大致L形的横截面轮廓。具有角形横截面的环35包括：大致圆筒形区域，该大致圆筒形区域被布置在压敏装置5与向外包围压敏装置5的空腔的内壁之间的环形间隙中；和径向向内延伸的肩部37，该肩部37绕着压敏装置5的前部面的外边缘区域进行夹持。具有角形横截面的环35用于将压敏装置5在传感器壳体3中定位在径向方向上精确限定的位置中，并且保护压敏装置5免受在径向方向上作用在该压敏装置上的力，诸如例如热机械力。为此，即使是单件式的弹性体制成的环也是足够的。然而，优选地是，具有角形横截面的环35以DE 10 2010 029 955 A1中所描述的方式来实施。这种形式的实施例被示出在图1中。在这种情况下，具有角形横截面的环35包括形状保持材料制成的第一部件，该第一部件包括远离压敏装置的、径向向内延伸的肩部37的下部部分，并且该第一部件在轴向方向上延伸到圆筒形形状的间隙中。附加地是，具有角形横截面的环35包括弹性材料制成的第二部件，该第二部件与第一部件连接并且至少部分地在压敏装置5的外部侧向表面和空腔的内壁之间延伸到上述圆筒形形状的间隙中。

具有角形横截面的环35位于传感器壳体3的凸缘33上，该凸缘33在所有侧上在外部界定开口11。附加地是，具有角形横截面的环35优选以如下方式被实施和布置，即：该方式使得环35的肩部37在所有侧上在外部绕着工艺密封件1进行夹持，其中肩部37优选以如下方式形成，即：该方式使得肩部37形成工艺密封件1的外部收容部。

在图1中作为实施例的示例示出的夹紧设备的情况下，弹性元件15被夹紧在压敏装置5和配对支承39之间，该配对支承39被布置成朝向传感器壳体3的远离工艺连接件的端部。在这种情况下，适合作为配对支承39的是例如安装在(例如拧入)传感器壳体3中的压环。弹性元件15的预应力能够通过压环的位置来调节。弹性元件15可以例如包括弹簧系统和/或在轴向方向上是弹性的的一个或多个彼此接触的弹簧，诸如例如图1中示出的贝氏弹簧。轴向弹性的元件15可以被直接布置在远离工艺连接件9的、压敏装置5的后部面上。优选地是，可选地是在图1中示出的脱离环41被布置在压敏装置5和弹性元件15之间。脱离环41优选由与压敏装置5的热膨胀系数相匹配的材料构成，例如陶瓷材料，并且脱离环41保护压敏装置5免受在径向方向上作用在该压敏装置上的力的影响，例如由弹性元件15和/或由热机械应力引起的力的影响。

作为传感器壳体3和工艺连接件9之间的可释放的机械连接件7的示例，图1示出了螺纹连接件，该螺纹连接件包括多个螺钉43，这些螺钉中的每一个螺钉可以穿过或穿过设置在工艺连接件9中的通道，并且能够被拧入到或被拧入到设置在传感器壳体3中的相关联的盲孔中。可替代地是，可释放的机械连接件7自然也可以以本领域技术人员已知的其它方式来实施。示例包括放置在传感器壳体3上或放置在工艺连接件9上的联接螺母(该联接螺母拧到另一个连接对件的对应的外螺纹上)或者基于夹紧机构的连接件(夹持式)。

工艺密封件1包括形状保持芯45和施加在该芯45上的热塑性密封材料制成的涂层47。

合适的热塑性密封材料的示例包括聚四氟乙烯(PTFE)、氟化乙烯丙烯(FEP)、全氟烷氧基烷烃(PFA)或者是包括PTFE、FEP或PFA的密封材料。

涂层47至少在芯45的在压力传感器中面对压敏装置5的前部面的上述边缘和面对工艺连接件9的密封表面17的彼此相反的表面上延伸。附加地是，涂层47还可以在芯45的其它表面上延伸并且/或者被实施成在所有侧上包围芯45的护套。为此，图1和图2示出了实施例的示例，在这种示例的情况下，涂层47被实施成在芯45的彼此相反的表面和外部侧向表面上延伸的外壳。

芯45可以被实施成单件式芯。在图1和图2中所示出的情况下，芯45优选由具有与压敏装置5的热膨胀系数相匹配的热膨胀系数的材料构成，诸如例如陶瓷。

然而，可替代地是，也可以使用两件式或多件式芯，诸如例如2017年1月11日提交的德国专利申请DE 10 2017 100 402.5号中所描述的两件式芯。该两件式芯包括内部环形形体(例如陶瓷制成的环形形体)，该内部环形形体由具有更大高度的外部环形形体(例如钛制成的环形形体)所包围。对于这种类型的芯的实施例的功能和形式，参考前述德国专利申请。

与特定实施例无关，在夹紧了工艺密封件1时以及还在夹紧状态下，芯45均实现对热塑性涂层47的形状稳定的支撑。这提供了如下优点，即工艺密封件1能够具有相对较大的外部尺寸，而不需要为此必须使用对应的大量的热塑性密封材料。

本发明的工艺密封件1的特征在于如下特征，这些特征包括：所述工艺密封件被实施成在预老化方法中被预老化的工艺密封件1，该预老化方法能够以可重复的方式进行；并且所述工艺密封件能够作为可更换的部件插入压力传感器中，其中工艺密封件1在预老化方法期间被夹紧在夹紧设备中，该夹紧设备在工艺密封件上施加夹紧力。在这种情况下，在着眼于可更换的工艺密封件1的后续应用的情况下，应用如下夹紧设备，该夹紧设备具有包围被夹紧在其中的密封件的夹紧几何形状，该夹紧几何形状与压力传感器中的包围工艺密封件1的夹紧几何形状大致相同。

这些工艺密封件1通过用涂层47涂覆其芯45来生产，并且以这种方式获得的新的密封件通过预老化方法被预老化。在这种情况下，新的密封件的涂层47可以具有例如在大约50μm至200μm的大小内的初始层厚度。

然后，对新的密封件进行预老化方法，该预老化方法能够以可重复的方式进行。为此，特别合适的是如下方法，在该方法中，密封件在预定温度下被夹紧在夹紧设备中持续预定的时间段。

在这种情况下，借助于夹紧设备施加在密封件上的夹紧力优选以如下方式被确定大小，即：该方式使得该夹紧力真正大于由预应力作用的元件15施加在被夹紧在压力传感器中的工艺密封件1上的夹紧力。因此，例如，为了生产用于标称压力范围为100巴的压力传感器的已预老化的工艺密封件1(其中已预老化的工艺密封件1用在5000N至7000N范围内的夹紧力被夹紧在压力传感器中)，在预老化方法期间，可以使用在大约5500N至7500kN的大小内的夹紧力。

由于热塑性密封材料不仅由于压力而蠕变，而且还由于温度而蠕变，而且压力传感器通常被在较大的温度范围(例如-10℃至+125℃或者甚至-40℃至+150℃的温度范围)上应用，因此在预老化方法期间密封件被加热到的预定温度优选以如下方式被确定大小，即：该方式使得该预定温度大于或等于使用温度范围的温度上限，其中预老化温度优选超过温度上限少于100℃，特别优选是少于50℃。

密封件被预老化所经过的时间段优选以如下方式被确定大小，即：该方式使得密封件在该时间段期间在密封材料的蠕变性能方面达到大致稳定的暂定最终状态。

在这种情况下，在预老化方法期间由密封材料在压力和温度的作用下的沉降和/或蠕变而导致的平行于密封件的夹紧方向延伸的密封件的高度的改变优选被夹紧设备所消除。为此，夹紧设备可以包括例如在预应力的作用下的弹性元件，诸如例如弹簧，该弹性元件的预应力在需要时是可重新调节的。

可选地是，在预老化方法终止之后，可以对工艺密封件1进行后处理。在后处理中，已蠕变的过量的密封材料被去除。这种后处理在被应用于在对卫生和可清洁性具有高要求的使用位置处操作的压力传感器中的工艺密封件1的情况下是特别有利的。在这种情况下，例如后处理期间的对过量的材料的平滑切除能够实现：工艺密封件1区域中的压力传输导管13具有容易清洁的、大致中空空间的且无底切部的内径。

在现有技术中，持有如下观点：包括热塑性密封材料的密封件由于这些密封材料的蠕变行为(部分地用于其密封作用)的原因而只能被使用一次。与这种占主导地位的观点相反，申请人的研究已经表明，已预老化的工艺密封件1的热塑性密封材料(尽管通过预老化实现了工艺密封件的大致稳定的暂定的最终状态)在随后将已预老化的工艺密封件1夹紧在压力传感器中时仍然以足够的程度蠕变，以便在给定的情况下补偿压敏装置5和工艺连接件25的密封表面的存在的不规则性，并且从而提供高质量的压力紧密密封。因此，本发明的工艺密封件1能够提供大约10^-7毫巴升/秒的大小的氦泄漏率。

因此，已经证明，特别有利的是，芯45上的涂层47被施加成初始层厚度，该初始层厚度以如下方式被确定大小，即：该方式使得通过预老化方法由涂层和芯生产出来的已预老化的工艺密封件1的层厚度大于或等于15μm的最小厚度，特别优选是甚至大于或等于20μm的最小厚度。

同时，然而，由于本发明的热塑性密封材料的工艺密封件1在其夹紧在压力传感器中之后随后的蠕变而导致出现的这种工艺密封件1的变形是如此之小，以至于使得由于用以相同方式已预老化的本发明的另一个等同构造的工艺密封件1替换本发明的已预老化的工艺密封件1而产生的作用在压敏装置5上的夹紧力不会改变或仅在非常小的程度上改变。

因此，已经证明，特别有利的是，芯45上的涂层47被施加成初始层厚度，该初始层厚度以如下方式被确定大小，即：该方式使得通过预老化方法由涂层和芯生产出来的已预老化的工艺密封件件1的层厚度小于或等于70μm的最大厚度，优选小于或等于50μm的最大厚度，并且特别优选是甚至小于或等于30μm的最大厚度。

另外，本发明包括一种用于生产本发明的工艺密封件1以及该工艺密封件1在本发明的压力传感器中的使用的方法。在这种情况下，以上述方式预先制造能够插入压力传感器中的本发明的工艺密封件1。

然后，通过借助于可释放的机械连接件7将工艺连接件9与预先制造的组件的传感器壳体3连接(其中在中间插有工艺密封件1)来将工艺密封件1中的一个工艺密封件夹紧在压力传感器中，所述预先制造组件包括上述传感器壳体3、被保持在传感器壳体3中的上述压敏装置5以及包括弹性元件15的上述夹紧设备。

附加地是，优选地是，在具有本发明的工艺密封件1的压力传感器的初始启动之前，在工艺密封件1被夹紧在压力传感器中的情况下，夹紧设备的弹性元件15的预应力以如下方式被设定，即：该方式使得由弹性元件15施加在压敏装置5和被夹紧在压力传感器中的工艺密封件1上的夹紧力处于针对压力传感器的标称压力范围而预先确定的值范围内。

可替代性地是或补充地是，优选地是，在具有本发明的工艺密封件1的压力传感器的初始启动之前，在工艺密封件1被夹紧在压力传感器中的情况下，执行校准方法，在这种校准方法的情况下，针对压力传感器的总压力测量范围确定借助于压敏装置5和与该压敏装置连接的测量电子器件25得到的压力相关的被测量的变量与作用在压敏装置5上的待测量的压力的相关性并将其存储在压力传感器中。然后，压力传感器可以进行初始测量操作，在此初始测量操作期间，该压力传感器基于在测量操作中确定出的被测量的变量及其与作用在压敏装置5上的压力的相关性来确定待测量的压力。

随后，夹紧在压力传感器中的工艺密封件1由等同地构造的已相同预老化的本发明的工艺密封件1更换至少一次，并且/或者工艺连接件9由其它工艺连接类型和/或具有其它工艺连接几何形状的工艺连接件9更换至少一次。

在每次更换工艺密封件1和/或工艺连接件9之后，压力传感器以大致不变的测量精度恢复测量操作，而不需要必须首先进行重新调节弹性元件15的预应力并且/或者进行重新校准。

工艺密封件1的可更换性在存在对压力传感器的卫生和可清洁性的高要求的应用中是特别有利的。在这种情况下，该工艺密封件1提供了附加的优点：工艺密封件1能够被拆卸，以便能够进行某些领域中所需的证明，即成功地进行过先前进行的清洁。

此外，本发明的压力传感器的模块化结构提供了关于工业测量技术中所应用的不同工艺连接类型和几何形状多样化的优点，即包括上述传感器壳体3、上述压敏装置5和上述夹紧设备的预先制造的组件能够根据需要而配备有最多种工艺连接类型和/或具有不同工艺连接几何形状的工艺连接件9。图1中示出的工艺连接件9作为可能的示例包括外螺纹49，该外螺纹49可以拧入设置在使用地点处的互补的内螺纹中。可替代地是，自然也可以应用如下工艺连接件9，该工艺连接件9配备有另一个连接类型或具有另一几何形状的连接件，诸如例如法兰或乳管连接件。

附图标记列表

1 工艺密封件

3 传感器壳体

5 压敏装置

7 可释放的机械连接件

9 工艺连接件

11 开口

13 压力传输导管

15 弹性元件

17 密封表面

19 平台

21 压力腔室

23 测量膜

25 测量电子器件

27 电极

29 配对电极

31 突起

33 凸缘

35 具有角形横截面的环

37 肩部

39 配对支承

41 脱离环

43 螺钉

45 芯

47 涂层

49 外螺纹

Claims (15)

1.用于压力传感器的工艺密封件(1)，其中所述工艺密封件(1)包括形状保持芯(45)和施加在所述芯(45)上的热塑性密封材料制成的涂层(47)，其中所述压力传感器包括

-压敏装置(5)，所述压敏装置(5)被保持在传感器壳体(3)中，

-工艺连接件(9)，所述工艺连接件(9)借助于可释放的机械连接件(7)而能够与所述传感器壳体(1)连接，

-压力传输导管(13)，所述压力传输导管(13)引导通过所述工艺连接件(9)和设置在所述传感器壳体(3)中的开口(11)到所述压敏装置(3)，所述压敏装置(3)的前部面通过所述压力传输导管(13)而能够与具有待测量的压力的介质接触，以及

-夹紧设备，所述夹紧设备用于夹紧所述压敏装置(5)并且将所述工艺密封件(1)夹紧在所述压敏装置(5)的所述前部面的外边缘与所述工艺连接件(9)的密封表面(17)之间，其中所述夹紧设备包括元件(15)，所述元件(15)在与法向于所述压敏装置(5)的所述前部面的表面平行延伸的方向上是弹性的，并且在被夹紧的所述工艺密封件(1)的情况下，所述元件(15)处在预应力的作用下，

其特征在于，所述工艺密封件(1)

-是在预老化方法中被预老化的工艺密封件(1)，所述预老化方法能够以可重复的方式进行，并且所述工艺密封件(1)能够作为可更换的部件插入所述压力传感器中，其中所述工艺密封件(1)在所述预老化方法期间被夹紧在夹紧设备中，所述夹紧设备在所述工艺密封件(1)上施加夹紧力，其中所述夹紧设备具有包围被夹紧在所述夹紧设备中的所述工艺密封件(1)的夹紧几何形状，所述夹紧几何形状与所述压力传感器中的包围所述工艺密封件(1)的夹紧几何形状大致相同。

2.根据权利要求1所述的工艺密封件，其特征在于，

-所述芯(45)是形状保持材料制成的、特别是陶瓷制成的单件式芯(45)，或者是内部环形形体、特别是陶瓷制成的内部环形形体，所述内部环形形体由具有更大高度的外部环形形体、特别是钛制成的外部环形形体所包围，并且/或者

-所述涂层(47)由聚四氟乙烯(PTFE)、由氟化乙烯丙烯(FEP)、由全氟烷氧基烷烃(PFA)构成，或者由包含聚四氟乙烯(PTFE)、氟化乙烯丙烯(FEP)或全氟烷氧基烷烃(PFA)的热塑性密封材料构成。

3.根据权利要求1至2所述的工艺密封件，其特征在于，在进行所述预老化方法之后，所述工艺密封件(1)的所述涂层(47)具有大于或等于15μm的最小厚度、特别是大于或等于20μm的最小厚度的层厚度，其中所述层厚度特别是小于或等于70μm的最大厚度，特别是小于或等于50μm的最大厚度，特别是小于或等于30μm的最大厚度。

4.根据权利要求1至3所述的工艺密封件(1)，其特征在于，所述工艺密封件(1)被实施成在所述预老化方法终止之后经受后处理的工艺密封件(1)，在所述的情况下，在所述预老化方法期间已蠕变的过量的密封材料通过所述后处理被去除，其中特别是通过平滑切割来去除所述过量的密封材料。

5.根据权利要求1至4所述的工艺密封件(1)，其特征在于，所述涂层(47)至少在所述芯(45)的在所述压力传感器中面对所述压敏装置(5)的所述前部面的所述边缘和面对所述工艺连接件(9)的所述密封表面(17)的彼此相反的表面上延伸，其中所述涂层(47)特别地是还在至少一个其它表面上延伸，特别是在所述芯(45)的外部侧向表面上延伸，并且/或者所述涂层(47)被实施成在所有侧上均包围所述芯(45)的护套。

6.压力传感器，所述压力传感器包括根据权利要求1至5所述的工艺密封件(1)，其特征在于，所述压力传感器进一步包括

-所述压敏装置(5)，所述压敏装置(5)被保持在所述传感器壳体(1)中，

-所述工艺连接件(9)，所述工艺连接件(9)借助于所述可释放的机械连接件(7)而能够与所述传感器壳体(3)连接，

-所述压力传输导管(13)，所述压力传输导管(13)引导通过所述工艺连接件(9)和设置在所述传感器壳体(3)中的所述开口(11)到所述压敏装置(5)，所述压敏装置(5)的所述前部面通过所述压力传输导管(13)而能够与处在待测量的压力下的所述介质接触，以及

-所述夹紧设备，所述夹紧设备用于夹紧所述压敏装置(5)和所述工艺密封件(1)，并且所述夹紧设备具有所述元件(15)，所述元件(15)在与法向于所述压敏装置(5)的所述前部面的表面平行延伸的方向上是弹性的，并且所述元件处在预应力的作用下，

-其中所述工艺密封件(1)被夹紧在所述压敏装置(5)的所述前部面的所述外边缘与所述工艺连接件(9)的所述密封表面(17)之间。

7.根据权利要求6所述的压力传感器，其特征在于，

-所述夹紧设备的所述弹性元件(15)作用在远离所述工艺连接件的、所述压敏装置(5)的后部面上，处在所述压敏装置(5)和配对支承(39)之间，所述配对支承(39)特别是压环，

-所述弹性元件(15)包括弹簧系统和/或一个或多个彼此接触的弹簧，特别是一个或多个贝氏弹簧，

-在所述压敏装置(5)和所述弹性元件(15)之间布置有脱离环(41)，

-所述工艺连接件(9)具有端部段，所述端部段通过松配合被引入到所述开口(11)中并且突出到所述开口(11)中，所述端部段的面向所述压敏装置(5)的端部包括所述密封表面(17)，

-所述工艺连接件(9)的所述密封表面(17)被实施成密封座，所述密封座具有与所述工艺密封件(1)的面向所述工艺连接件(9)的表面的表面轮廓相对应的表面轮廓，并且/或者

-所述工艺连接件(9)包括凸缘(31)，所述凸缘(31)的面向所述传感器壳体(3)的肩部安置抵靠在所述传感器壳体(3)的邻接表面上，所述邻接表面用作用于所述可释放的连接件(7)的邻接部并且面向所述工艺连接件(9)。

8.根据权利要求6至7所述的压力传感器，其特征在于，

-所述压敏装置(5)被插入所述传感器壳体(3)中的空腔中，并且在中间插有具有角形横截面的环(35)，所述角形横截面具有大致L形的横截面轮廓，并且

-所述具有角形横截面的环(35)包括：大致圆筒形区域，所述大致圆筒形区域被布置在所述压敏装置(5)与向外包围所述压敏装置(5)的所述空腔的内壁之间的环形间隙中；和径向向内延伸的肩部(37)，所述径向向内延伸的肩部(37)绕着所述压敏装置(5)的所述前部面的外边缘区域周围进行夹持，并且

-所述具有角形横截面的环(35)抵靠在所述传感器壳体(3)的凸缘(33)上，所述凸缘(33)在所有侧上在外部界定所述传感器壳体(3)的所述开口(11)，

-其中所述具有角形横截面的环(35)特别地完全由弹性体构成或者包括形状保持材料制成的第一部件，其中所述第一部件包括远离所述压敏装置的、所述径向向内延伸的肩部(37)的下部部分，所述第一部件在轴向方向上延伸到所述圆筒形形状的间隙中，并且所述第一部件与弹性材料制成的第二部件连接，所述第二部件至少部分地延伸到在所述压敏装置(5)的外部侧向表面与所述空腔的所述内壁之间的所述圆筒形形状的间隙中。

9.根据权利要求8所述的压力传感器，其特征在于，所述具有角形横截面的环(35)、特别是所述具有角形横截面的环(35)的所述肩部(37)形成所述工艺密封件(1)的外部收容部。

10.用于制造根据权利要求1至5所述的工艺密封件(1)以及用于所述工艺密封件(1)在根据权利要求6至9所述的压力传感器中的使用的方法，其特征在于，

-可插入所述压力传感器中的所述工艺密封件(1)通过用所述涂层(47)涂覆所述工艺密封件(1)的所述芯(45)来被预先制造，并且以这种方式获得的新的密封件通过所述预老化方法被预老化，所述预老化方法能够通过将所述新的密封件夹紧在所述夹紧设备中以在所述新的密封件上施加夹紧力而以可重复的方式进行，其中所述夹紧设备具有包围被夹紧在所述夹紧设备中的所述工艺密封件(1)的夹紧几何形状，所述夹紧几何形状与所述压力传感器中的包围所述工艺密封件(1)的夹紧几何形状大致相同，并且

-通过借助于所述可释放的机械连接件(7)将所述工艺连接件(9)与预先制造的组件的所述传感器壳体(1)连接起来，将所述工艺密封件(1)中的一个工艺密封件夹紧在所述压力传感器中，其中在中间插有所述工艺密封件(1)，所述预先制造的组件包括所述传感器壳体(1)、被保持在所述传感器壳体(1)中的所述压敏装置(5)以及所述夹紧设备，并且

-被夹紧在所述压力传感器中的所述工艺密封件(1)随后由等同构造的、已相同预老化的工艺密封件(1)更换至少一次，并且/或者所述工艺连接件(9)由其它工艺连接类型和/或其它工艺连接几何形状的工艺连接件(9)更换至少一次。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，

-所述新的密封件的所述涂层(47)具有在大约50μm至200μm大小内的初始层厚度，并且/或者

-已预老化的所述工艺密封件(1)的所述涂层(47)具有一定的层厚度，

-所述层厚度大于或等于15μm、特别是20μm的最小层厚度，并且/或者

-所述层厚度小于或等于70μm、特别是50μm、特别是30μm的最大厚度。

12.根据权利要求10至11所述的方法，其特征在于，

-在所述预老化方法期间借助于所述夹紧设备施加在所述密封件上的夹紧力真正大于由受预应力作用的所述元件(15)施加在被夹紧在所述压力传感器中的所述工艺密封件(1)上的夹紧力，夹紧力根据所述压力传感器的标称压力范围而被预先确定，其中，在所述预老化方法期间所预先确定的夹紧力在5000N至7000N的范围内的情况下，设定在大约5500N至7500kN大小内的夹紧力，

-所述密封件在所述预老化方法期间被加热至大于或等于所述压力传感器的使用温度范围的、特别是-10℃至+125℃或-40℃至+150℃的使用温度范围的温度上限的温度，其中所述温度超过所述温度上限特别是少于100℃，特别是少于50℃，并且/或者

-所述密封件被预老化所经过的时间段以如下方式确定大小，即：所述方式使得所述密封件在所述时间段期间在所述密封材料的蠕变性能方面达到大致稳定的暂定最终状态。

13.根据权利要求10至12所述的方法，其特征在于，在所述预老化方法终止之后，对所述工艺密封件(1)进行后处理，在所述的情况下，在将所述工艺密封件(1)插入到所述压力传感器中之前，去除已蠕变的过量的密封材料，特别是通过平滑切割来去除所述过量的密封材料。

14.根据权利要求10至13所述的方法，其特征在于，在具有所述预先制造的工艺密封件(1)中的一个工艺密封件的所述压力传感器的初始启动之前，在工艺密封件(1)被夹紧在所述压力传感器中的情况下

-在所述压力传感器的初始启动之前，所述夹紧设备的所述弹性元件(15)的预应力以如下方式被设定，即：所述方式使得由所述元件(15)施加在所述压敏装置(5)和已预老化的所述工艺密封件(1)上的所述夹紧力处于针对所述压力传感器的标称压力范围来预先确定的值范围内，并且/或者

-进行校准方法，在所述的情况下，确定在所述压力传感器的总压力测量范围上借助于所述压敏装置(5)和与所述压敏装置(5)连接的测量电子器件(25)而得出的压力相关的被测量的变量与作用在所述压敏装置(5)上的待测量的压力的相关性并将所述相关性存储在所述压力传感器中，基于所述相关性，所述压力传感器确定在随后的测量操作期间所要测量的压力。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，在每次更换所述工艺密封件(1)和/或所述工艺连接件(9)之后，所述压力传感器均以大致不变的测量精度恢复测量操作，而不需要首先进行对所述弹性元件(15)的预应力的重新调节并且/或者进行重新校准。

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