DE20016352U1

DE20016352U1 - Vorrichtung, insbesondere Sensor, enthaltend wenigstens eine Elektrode

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Publication number: DE20016352U1
Application number: DE20016352U
Authority: DE
Original assignee: Xomox International GmbH and Co OHG
Current assignee: Xomox International GmbH and Co OHG
Priority date: 2000-07-28
Filing date: 2000-09-21
Publication date: 2001-01-18
Anticipated expiration: 2010-09-22
Also published as: US20030221494A1; US7122101B2

Description

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D-88131 Lindau

Vorrichtung, insbesondere Sensor, enthaltend wenigstens eine Elektrode

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung gemäß den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Die Herstellverfahren von chemischen, biochemischen, pharmazeutischen Produkten, Lebensmittel-Produkten oder dergleichen reagieren immer empfindlicher auf Veränderungen der Produktionsbedingungen, so daß eine hohe Präzision während der Herstellung erforderlich ist. Mit zunehmender Automation der Herstellverfahren werden zahlreiche Informationen zur Erfassung der Eigenschaften der oftmals aggresiven Fluide oder Medien und der Verfahrensbedingungen benötigt, wobei hier vor allem auf den Druck, die Temperatur und den Zustand des Fluids oder Mediums verwiesen sei. Zur Erfassung derartiger Informationen gelangen Elektroden zum Einsatz, welche oftmals direkt im Bereich des Fluids oder Mediums angeordnet werden und mit diesen in Berührung gelangen. Zur Verwendung der Elektroden und zur Weiterleitung der erfaßten Informationen an zugeordnete elektrische oder elektronische Auswerteeinrichtungen dienen elektrische Leiter, welche aus dem das Fluid oder Medium enthaltenden Bereich nach außen geführt bzw. durch die jeweiligen Maschinen- oder Anlagenteile hindurchgeführt werden müssen.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung vorzuschlagen, deren wenigstens eine Elektrode eine sichere Erfassung und Bereitstellung der Informationen ermöglicht und insbesondere bei aggresiven Fluiden oder Medien eine hohe Funktionssicherheit gewährleistet. Die Vorrichtung soll hohen Anforderungen, insbesondere hinsichtlich Druckbelastung und/oder Temperatur, entsprechen und/oder eine lange Lebensdauer aufweisen.

Diese Aufgabe wird gemäß den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung enthält wenigstens eine Elektrode, welche aus einem insbesondere fluorierten Kunststoff mit eingelagerten elektrisch leitfähigen Partikeln oder Teilchen besteht und welche an einem Ende eines elektrischen Leiters angeordnet ist. Die Elektrode ist mit dem Leiter gemeinsam in ein isolierendes Gehäuse oder Körper eingebettet, welches zumindest dem Bereich der Elektrode aus einem isolierenden Kunststoff besteht, insbesondere aus jungfräulichem PTFE. Die Elektrode ist jedoch im Bereich einer mit dem Fluid oder Medium in Berührung gelangenden Oberfläche frei vom isolierenden Kunststoff des Gehäuses oder des die Elektrode im übrigen umhüllenden Gehäusebereiches. Das Gehäuse mit integrierter Elektrode und Leiter bildet ein kompaktes Bauelement, welches in bevorzugter Weise Bestandteil eines Gerätes ist, wie insbesondere eines Ventils. Der genannte Kunststoff des Gehäuses ist mit der Elektrode, insbesondere durch Schweißen, dicht verbunden, bevorzugt flüssigkeitsdicht und/oder gasdicht und/oder druckdicht, wobei die Elektrode eine mit dem Fluid oder Medium in Berührung gelangende freie Oberfläche aufweist und der genannte elektrische Leiter durch das Gehäuse hindurch nach außen geführt ist, um dort den elektrischen Anschluß mit Meßeinrichtungen oder dergleichen zu ermöglichen. Erfindungsgemäß ist der elektrische Leiter als Tragkörper der Elektrode ausgebildet, welcher bei Fertigung des die Elektrode und den Leiter zumindest teilweise einschließenden Gehäuses, insbesondere durch Formspritzen, Pressen oder Gießen, die Elektrode in der geforderten Weise positioniert.

Die Elektrode ist in bevorzugter Weise mittels eines Preßverfahrens gefertigt, wobei das zunächst als Pulver vorliegende Material auf das genannte Ende des elektrischen Leiters aufgepreßt und hierbei zu einem festen Körper verpreßt wird, wobei die derart gefertigte Elektrode das genannte Ende des elektrischen Leiters umschließt. Der elektrische Leiter ist an dem genannten Ende in bevorzugter Weise perforiert, so daß das Elektrodenmaterial durch die Perforationen durchgreift und in vorteilhafterweise

somit die Wärmeübertragung und/oder die Festigkeit der Verbindung zwischen der Elektrode und dem elektrischen Leiter optimiert wird.

Die Vorrichtung ist als kompaktes Bauelement bevorzugt in ein Bauteil oder Gerät integriert, wobei hier vor allem auf Ventile, Flanschverbindungen oder ähnliches verwiesen sei. In besonders vorteilhafter Weise ist die Vorrichtung Bestandteil eines Ventilsitzes, so daß zur Erfassung der erforderlichen Informationen und/oder Prozeßdaten des Herstellverfahrens praktisch kein zusätzlicher apparativer Aufwand erforderlich ist. So ist in besonders zweckmäßiger Weise die erfindungsgemäße Vorrichtung oder das Bauelement, insbesondere in ein Bodenventil eines Reaktors integriert, in welchem das verwendete Fluid oder Medium nach den unterschiedlichsten Verfahren verarbeitet wird. Derartige Reaktoren, Ventile oder sonstige Baugruppen sind oftmals mit einer Kunststoffauskleidung versehen, insbesondere aus fluorierten Kunststoffen, wie insbesondere PTFE (Polytetrafluoräthylen), FEP (Fluoräthylenpropylen), PFA (Perfluoralkoxy), PVDF, PTFES, FEPS oder vergleichbaren Kunststoffen. Bevorzugt bestehen aus oder enthalten die Elektrode und/oder das die Elektrode und das den elektrischen Leiter umhüllende Gehäuse derartige fluorierte Kunststoffe.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne daß insoweit eine Beschränkung erfolgt. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung der als Ventilsitz ausgebildeten Vorrichtung,

Fig. 2 eine Ansicht ähnlich Fig. 1, wobei das Gehäuse teilweise durchsichtig

dargestellt ist,

Fig. 3 vergrößert das Detail IM gemäß Fig. 2,

Fig. 4 die Elektrode samt elektrischem Leiter,

Fig. 5 schematisch eine Vorrichtung zur Herstellung der Elektrode und deren

gleichzeitige Verbindung mit dem elektrischen Leiter.

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Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung, welche ein Gehäuse oder Körper 2 aus Kunststoff, insbesondere fluoriertem Kunststoff, wie PTFE, FEP, PFA, PTFES, FEPS oder PVDF aufweist. In den genannten Kunststoff bzw. das Gehäuse oder den Körper 2 sind zwei Elektroden 3, 4 ebenso wie mit diesen elektrisch verbundene elektrische Leiter 5, 6 eingebettet, deren Enden aus dem Gehäuse 2 herausgeführt sind, um den elektrischen Anschluß an eine geeignete Auswerteeinrichtung oder dergleichen zu ermöglichen. Von den beiden Elektroden 3, 4 sind nur die dem zu sensierenden Medium oder Fluid zugewandten Oberflächen zu erkennen, welche frei vom isolierenden Kunststoff des Gehäuses sind. Die Vorrichtung ist erfindungsgemäß als Ventilsitz eines hier nicht weiter dargestellten Ventils ausgebildet.

Fig. 2 zeigt eine Ansicht der Vorrichtung, wobei das Gehäuse teilweise durchscheinend dargestellt ist und somit die vom Kunststoff des Gehäuses praktisch vollständig umschlossenen elektrischen Leiter 5, 6 ebenso wie die Elektroden 3, 4 gut zu erkennen sind. Die Elektroden 3, 4 umschließen die innenliegenden Enden der elektrischen Leiter 5, 6 und sind mit diesen fest und elektrisch leitend verbunden. Die aus elektrisch leitendem Kunststoff bestehenden oder solchen zumindest teilweise aufweisenden Elektroden 3, 4 enthalten bevorzugt elektrisch leitende Partikel oder Teilchen, welche einen Stromfluß durch die Elektroden 3, 4 und die angeschlossenen elektrischen Leiter 5, 6 ermöglichen. Die Elektroden 3, 4 sind druckdicht und/oder flüssigkeitsdicht in den Kunststoff des Gehäuses 2 eingebettet und insbesondere durch Schweißen verbunden. Diese Verbindung wird in bevorzugter Weise bei der Fertigung des Gehäuses mit einem geeigneten Formgebungswerkzeug hergestellt, insbesondere durch Kunststofformspritzen, Pressen oder Gießen, wobei die Elektroden 3, 4 und die elektrischen Leiter 5, 6 von dem Kunststoff des Gehäuses umhüllt werden und in den Grenzflächen der Elektrode und des Gehäuses die Kunststoffe ineinander verschmelzen.

Die freien Oberflächen 7, 8 der beiden Elektroden 3, 4 liegen in einer Ringfläche 10 der Vorrichtung bzw. des Ventilsitzes. In vorteilhafter Weise können gemeinsam mit der Bearbeitung der Ringfläche 10 die freien Oberflächen 7, 8 bearbeitet werden. Die Ringfläche 10 gelangt mit dem zu sensierenden Fluid bzw. Medium in Kontakt und somit auch die beiden freien Oberflächen 7, 8 und infolge dessen kann zwischen den beiden Elektroden entsprechend den Eigenschaften des Fluids oder Mediums ein elektrischer Strom fließen, so daß ein elektrisches Signal an den herausgeführten freien Enden 11,12 der elektrischen Leiter abgegriffen werden kann. Die Verbindung

der Elektrode mit dem umgebenden Gehäusebereich ist bevorzugt druckdicht derart ausgebildet, daß Druckdifferenzen zwischen einem den Oberflächen 7,8 zugeordneten Innenraum eines Gerätes, wie insbesondere eines Ventils, und einem die freien Enden 11,12 enthaltenden Außenraum nicht zu Leckagen führen.

Fig. 3 zeigt vergrößert die beiden Elektroden 3, 4 und teilweise die elektrischen Leiter 5, 6. Die elektrischen Leiters, 6 enthalten in vorteilhafterweise Durchbrechungen 14, welche vom Kunststoff des Gehäuses ausgefüllt sind, wodurch eine feste und stabile Verankerung gewährleistet ist.

Fig. 4 zeigt die Elektrode 3 aus fluoriertem Kunststoff, in welchem elektrisch leitende Partikel eingebettet sind. Wie ersichtlich, umschließt die Elektrode das eine Ende des elektrischen Leiters 5 und ist fest mit diesem verbunden. In zweckmäßiger Weise ist das Ende des Leiters 5 im Bereich der Elektrode 3 perforiert, wie es mit den strichpunktierten Linien 16 angedeutet ist. Der Kunststoff der Elektrode 3 durchdringt diese Perforationen, wodurch nicht nur eine stabile und feste Verbindung gewährleistet ist, sondern die Wärmeübertragung ebenso wie die elektrische Leitfähigkeit zwischen der Elektrode 3 und dem elektrischen Leiter 5 erheblich verbessert sind.

Das Verfahren und die hierzu zum Einsatz gelangende Vorrichtung zur Herstellung der Elektrode und deren gleichzeitiges Verbinden mit dem elektrischen Leiter 5 werden nachfolgend erläutert. Die Vorrichtung enthält zwei Zylinder 21, 22, in welche zwei Kolben 23, 24 einführbar sind. Nach dem teilweise Einführen des gemäß Zeichnung unteren Kolbens 23 in den Zylinder 21 wird der pulverförmige Kunststoff für die Elektrode in den oberen Freiraum eingefüllt und die Elektrode in der dargestellten Weise oben auf dem Zylinder 21 aufgelegt, wobei auch über das genannte Ende des elektrischen Leiters 5 das Kunststoff pulver aufgebracht wird. Der untere Zylinder 21 ist an einer Tragvorrichtung 26 angeordnet, welche ein Fixierelement für die Elektrode 5 aufweist, wobei das Fixierelement 28 in eine Ausnehmung 15 des elektrischen Leiters 5 eingreift.

Nachfolgend werden die beiden Zylinder 21, 22 ebenso wie die beiden Kolben 23, 24 zusammengefahren. Die Kolben 23, 24 sind Bestandteil einer Preßvorrichtung, welche mit hohem Druck das Kunststoffpulver einschließlich der elektrisch leitfähigen Partikel oder Teilchen zu der dichten und festen Elektrode verpreßt. Beim Verpressen wird in vorteilhafter Weise ferner Wärme zugeführt, beispielsweise über eine in den Zylinder

1 I

21 integrierte, hier nicht weiter dargestellte elektrische Heizeinrichtung. In Folge der Erwärmung auf eine vorgebbare Temperatur wird der zunächst pulverförmige Kunststoff plastifiziert, so daß letztendlich eine kompakte und integral mit dem bevorzugt aus Metall bestehenden elektrischen Leiter 5 verbundene Elektrode hergestellt ist.

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Bezugszeichen

2	4	Gehäuse / Körper
3,	6	Elektrode
5,	8	elektrische Leiter
7,		freie Oberfläche von 3, 4
10	12	Fläche / Ringfläche
11,	15	freies Ende von 5, 6
14,		Durchbrechung in 5, 6
16	22	Perforation in 5, 6
21,	24	Zylinder
23,		Kolben
26		Tragvorrichtung
28	Fixierelement

Claims

1. Vorrichtung, insbesondere Sensor, enthaltend wenigstens eine mit einem insbesondere aggresiven Fluid oder Medium in Berührung gelangende Elektrode, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (3, 4) aus elektrisch leitendem Kunststoff, insbesondere mit elektrisch leitfähigen Partikeln oder Teilchen besteht und an einem Ende eines elektrischen Leiters (5, 6) angeordnet ist, welcher ebenso wie die Elektrode (3, 4) im wesentlichen von einem zumindest im Bereich der Elektrode isolierenden Gehäuse (2) umschlossen ist, wobei die Elektrode (3, 4) eine mit dem Fluid oder Medium in Berührung gelangende Oberfläche (7, 8) aufweist und ein anderes freies Ende (11, 12) des Leiters (5, 6) aus dem Gehäuse (2) herausgeführt ist, und daß das Gehäuse (2) zumindest im Bereich der Elektrode (3, 4) aus isolierendem Kunststoff besteht oder isolierenden Kunststoff aufweist, welcher mit der Elektrode (3, 4) dicht verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kunststoff der Elektrode (3, 4) und/oder des isolierenden Gehäuses (2) oder Gehäusebereiches ein fluorierter Kunststoff vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (3, 4) bei der Herstellung des Gehäuses (2) in dieses integriert ist, wobei eine dichte und/oder integrale Verbindung zwischen dem Kunststoff der Elektrode (3, 4) und dem Kunststoff des Gehäuses (2) hergestellt ist, und/oder daß die Verbindung flüssigkeitsdicht und/oder gasdicht und/oder druckdicht ausgebildet ist.

4. Vorrichtung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Bauelement oder Bestandteil eines Gerätes oder einer Baukomponente, insbesondere als Ventilsitz eines Ventils, ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die freie Oberfläche (7, 8) der Elektrode (3, 4) in einer Fläche, vorzugsweise in einer Ringfläche (10) des Gerätes, insbesondere des Ventilsitzes, angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Leiter (5, 6) im Bereich der Elektrode (3, 4) Perforationen (16) aufweist, welche vom Kunststoff der Elektrode (3, 4) ausgefüllt sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Leiter (5, 6) als Träger oder Tragkörper der Elektrode (3, 4) ausgebildet ist.