专利名称：电化学传感器的密封组件的制作方法
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。
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。
具体实施例方式图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⑷可以进一步被套筒⑶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Iio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。
权利要求
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，其特征在于，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，以相对于可能从所述塑料保护体(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)。
2.根据权利要求1所述的组件(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)。
3.根据权利要求2所述的组件(1)，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。
4.根据权利要求1所述的组件(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。
5.根据前述任一权利要求所述的组件(1)，其中，塑料保护体具有注入的塑料和成形 件，该成形件至少部分环绕或封闭密封环。
6.根据权利要求5所述的组件(1)，其中，成形件包括套筒(8)，其环形围绕弹性的密封 环(4)，其中套筒⑶令密封环(4)在周围压向功能体(2)。
7.根据权利要求5或6所述的组件(1)，其中，套筒⑶具有一个在密封环⑷背离邻 接面(6)的面上环形紧贴功能体(2)的部分。
8.根据权利要求6所述的组件(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。
9.根据权利要求8和4所述的组件(1)，其中，成形件将密封环压向功能体的平坦的表 面部分。
10.根据权利要求5或任一从属于权利要求5的权利要求所述的组件(1)，其中，成形 件与注塑的塑料整体连接。
11.根据权利要求10所述的组件(1)，其中，成形件具有与注入的塑料相同的材料。
12.根据前述任一权利要求所述的组件(1)，其中，功能体具有金属材料或半导体材料。
13.根据前述任一权利要求所述的组件(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，其中塑料特别是热塑性塑料，特别是聚醚砜或聚醚醚酮。
14.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，例如作为电导率传感器 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。
15.用于制造特别是根据前述任一权利要求所述的组件的方法，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，其中特别地，所述 成形件与注塑的塑料整体连接。
全文摘要
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)。
文档编号G01N27/414GK101874202SQ200880117584
公开日2010年10月27日 申请日期2008年11月27日 优先权日2007年11月27日
发明者克里斯蒂安·范泽洛, 托尔斯滕·佩希施泰因, 罗伯特·斯科尔茨 申请人:恩德莱斯和豪瑟尔测量及调节技术分析仪表两合公司