CN101517290A - 特别是一种外壳内的压力平衡用的压力平衡元件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及特别是一种外壳内的压力平衡用的压力平衡元件。所述外壳尤指电气设备外壳、电动机外壳或传动箱或容器，该压力平衡元件(1)被嵌入该外壳的壁(4)中并包括一个压力平衡的膜片(5)；此外，压力平衡元件(1)包括一个圆柱形结构，风道(6)穿通该圆柱形结构延伸，而该圆柱形结构则朝外侧(3)的方向延伸，以便从外壳的壁(4)中形成一个凸起，该凸起通过一个环形端面(7)界定，而膜片(5)则呈拱起的杯盖状安装在该凸起上；此外，压力平衡元件(1)包括一个保护盖(8)，该保护盖离环形结构上方的膜片(5)以一定距离在外侧(3)的方向延伸。

Description

特别是一种外壳内的压力平衡用的压力平衡元件

技术领域

本发明涉及一种按权利要求1前序部分详细述及的壳体尤指电设备外壳、电动机外壳或传动箱或容器之类的内腔压力平衡用的压力平衡元件，本发明尤其涉及一种可防止潮气、液体等浸入壳体内腔并改善静电放电防护的压力平衡元件。

背景技术

实用新型DE 29511683U1公开了一种用于容器、壳体或瓶之类的密封罩形状的压力平衡元件，该压力平衡元件被嵌入壳体的壁内并具有一个压力平衡膜片。其中，该密封罩具有类似于圆柱形的结构，因为它有一个圆柱形的圆形通道，所以可实现压力平衡的孔通过该圆柱形延伸。膜片嵌入该圆柱形内并放置在壳体外表面下方。在从外侧可能进水的情况下，水可聚集在膜片表面，这在压力平衡元件长期使用时会导致膜片失效。此外，制造技术受到膜片的浇注或灌封的限制(注塑技术)，或者膜片必须至少付出代价才能嵌入密封罩本体中。尽管宣称膜片既可以是平面式，又可以是拱起式，但拱起式只相当于密封罩的轮廓，所以拱起式的膜片在圆柱形结构内不符合自由曲率。从制造技术上讲，带压力平衡元件的密封罩是很复杂的，此外，这种密封罩不能完全通过盖来防止外壳外侧的机械影响。在膜片损坏的情况下，液体既可流入外壳又可从外壳流出。

专利文献DE 19626792C1公开了一种密封元件形状的压力平衡元件，该元件是注塑制件并用作在外壳或容器内构成的补充孔口的可松开的密封。在该密封元件中装有一种过滤介质作为壳体内外空间的界面，其中该过滤介质被浇入由至少第一种热塑材料成分制成的支承件中，该支承件用至少一种其粘度不同于上述第一种成分的第二热塑材料成分注塑包封以构成密封件的合成模制体。

虽然用注塑材料包封的模制体技术提供了膜片的有效支承，但这种塑料包封技术需要至少一个凹坑来放入膜片，其中该凹坑形成孔，通过该孔可进行压力平衡。这种实施方式也有缺点：膜片上方形成凹坑形式的空穴，该空穴装满液体，并可使膜片停止动作。此外，存在着膜片以拱形嵌入支座中的可能性，而且膜片不可能用盖或罩之类封盖来防止来自外侧方向的机械影响。

此外，膜片焊接在或夹紧在支承结构上的压力平衡元件也是众所周知的。其中焊接可用激光束焊接法或用超声波焊接法进行。这里，膜片既不能防止来自外侧的潮气、液体之类的影响又不能防止机械作用。所以由于液体或机械作用使膜片损坏而常常导致压力平衡元件失灵。

发明内容

本发明的目的是提供一种可克服上述现有技术诸多缺点而又对液体和机械作用提供有效防护的外壳的压力平衡用的压力平衡元件。

这个目的是通过一种按权利要求1的前序部分结合其所述的特征的压力平衡元件来实现的。本发明的诸多有利改进可从各项从属权利要求中得知。

本发明的技术原理是：圆柱形结构向外侧方向延伸，以便从外壳的壁中形成一个凸起，被凸起通过环形端面界定，而膜片则呈拱起的杯盖状安装在该凸起上；此外，压力平衡元件具有一个保护盖，该保护盖离环形结构上方的膜片一定距离在外侧方向延伸。

圆柱形结构在其造型上具有这样的优点，可流到或至少可浸湿壁的外侧的液体不可能到达膜片。其原因是一端安放在圆柱形结构上的膜片位于凸起的安装位置内，其中，圆柱形结构至少从壁向外侧方向伸出这样高，使液体不可能直接到达膜片。这样就达到了改善水流状态的目的，使流到或漫到壁外侧的水围绕圆柱形结构流动，而不可能流到膜片上。只有大量的水才可能流到膜片上，但在压力平衡元件的正常使用中，出现大量的水是十分罕见的。部分表面的几何尺寸或距离例如超过4毫米，就能防止硬水的附着，这可通过水的表面张力或接触角来说明。所以即使只有很小接触角并与壁产生加强相互作用的液体也被挡住而不能到达膜片并浸湿它。外部浸入液体浸湿膜片时加入膜片的孔隙中并使之不再透气。这样膜片就会失去作用，并由于在外壳内部形成过压或负压而可撕裂膜片。本发明的膜片布置方式至少可减小膜片被液体浸湿的危险性，所以可提高膜片的寿命。

本发明的保护盖跨越膜片上方，且在膜片和保护盖之间有一定距离(例如4毫米)，以防止水的毛细作用，所以同时避免了在膜片和保护盖之间的水的聚积。特别是膜片做成拱起的杯盖形状，避免了水聚积在膜片上或膜片和保护盖之间，并在该处干涸而留下水印。

膜片外部区域首先为平面结构，其中只有圆柱形结构的直径上方才拱起。这样膜片就可在平的外侧安装到圆柱形结构的环形端面上。

根据本发明的一个有利方案，膜片用超声波焊接方法焊接到端面上，保护盖也可用超声波焊接方法焊接到压力平衡元件的本体上。超声波焊接方法是密封连接两个用一种塑料制成的部件的特别适合的方法。被焊部件的热负荷和机械负荷极小，其中加热可只限制在接缝处，所以在膜片焊接到圆柱形结构的端面上时，其结构不会受到影响。保护盖的安装同样可用超声波焊接方法这种有利的方式进行。

本发明压力平衡元件的另一优点是，保护盖具有罩状的基本结构，其周边带有部分中断的外壳区段，该外壳区段构成连接片状的成型件。罩状基本结构由圆盘形的盖组成，该盖在边缘区大致垂直于盖区平面伸出手指形的外壳区段，所以罩形保护盖的外壳区具有相应的部分中断区间，这样就可例如构成4个、8个最好6个手指形的外壳区段，其间构成相应的断口。通过这些断口可在内室和外壳的外侧之间进行压力平衡，而该盖则置于压力平衡元件的本体上。通过保护盖基体上的手指状的成型件的端面把盖焊接在压力平衡元件的本体上。保护盖同样可作为塑料件制成，这里也基于注塑法进行制作。

保护盖最好具有平面圆盘状的基本结构，在其平面侧一体成形连接片状的成型件，这些成型件在平面圆盘状的基本结构的径向内具有一定的曲度，而在基本结构的圆周方向内则均匀分布其上。这样保护盖就形成一个具有多个成型件的状似蜗轮的几何形状。通过蜗轮状的几何形状防止了径向侧从保护盖的外侧到保护盖的内侧形成一条直线的通路。而通过这些镰刀状的成型件则只可能构成曲线连通，从而提高了防止从外侧到内室的静电放电的安全性。只要内室和外室之间的连通是曲线的路径，就可保证提高防止静电击穿的安全性。状似蜗轮的镰刀形的成型件可这样相邻布置，即一个相邻的连接片的外侧至少较大部分地搭接另一个连接片的内侧。所以虽然存在气体和液体交换的可能性，但不可能在内侧和外侧之间构成直线形式的直接连通。

在圆柱形结构的内部最好构成一个支撑结构来支撑膜片，该支撑结构可与圆柱形结构构成一体并可具有十字支撑的形状。通过十字支撑构成的间隙形成通风道，所以这种十字形结构构成了四个单独的通风道。这种支撑结构在外侧具有一定的拱起度，该拱起度相当于膜片的拱起度。当膜片由于负压或过压受压时，膜片至少在一个方向靠到十字支撑上，所以膜片的机械负荷可保持很小。

按本发明的另一个有利的实施方式，圆柱形结构中的通风道呈迷宫状穿过支撑结构，所以防止了通风道的直线形成。如在保护盖的蜗轮状结构时已述及的那样，圆柱形结构以内的通风道也可具有拐弯和弯曲，因而防止了直线的通风道。可能的静电放电由于通风道的这种弯曲变化而不可能从外侧经压力平衡元件到达内侧。在内侧例如可能布置敏感的电子设备，如电动机控制装置、静电敏感的电子元器件等等。

从制造工艺考虑，用注塑方法制造至少由圆柱形结构和支撑结构组成的压力平衡元件的本体并将其嵌入外壳的壁中、与该壁密封连接或用相同材料与外壳制成一体，乃是特别有利的。如果外壳本身的壁用注塑法制作，则可利用这样的可能性，即压力平衡元件与外壳的壁制成一个整体的注塑件。这时，迷宫式的结构、十字支撑和圆柱形结构本身可设计成在注塑模内不需要附加的滑块。在这种情况下，如果圆柱形结构的延伸方向内没有侧凹部分，则注塑膜只用一个分型面足可。如果出于结构上的原因有利于压力平衡元件设计成单独部件，则同样可用超声波焊接方法将其焊入外壳的壁中并与外壳壁耐压密封连接。激光束焊接法、粘接法、螺纹连接法或压制法都是可能的连接方案。

此外，本发明涉及一种本发明压力平衡元件的制作方法，其中按超声波焊接方法借助一个超声焊极把膜片焊接到圆柱形结构的端面上，且该超声焊极包括一个拱起的杯盖状夹持结构，膜片夹持其中以产生拱起。该夹持结构在该超声焊极中最好向内拱起并具有一个负压接口以产生负压，在超声波焊接过程中，膜片被负压吸入向内拱起的杯盖形夹紧结构。根据吸持器原理，膜片可被吸持到夹持结构中，所以膜片紧贴到超声焊极的向内拱起的结构上。通过向里拱起的夹持结构的轮廓被复制在膜片上，膜片即可在拱起状态内焊接到圆柱形结构的端面上，所以该膜片在焊接后保持拱起的格式。

附图说明

本发明的其他改进措施在下面一起结合附图所示的一个本发明的优选实施例进行详细说明。

附图表示：

图1带有一个保护盖的压力平衡元件的横截面侧视图；

图2在圆柱形结构区带有一个布置其中的支撑结构的压力平衡元件；

图3A保护盖第一实施例的第一视图；

图3B图3A保护盖的另一视图；

图4A保护盖另一种结构型式的第一视图；

图4B保护盖第二种结构型式的另一视图；

图5带有一个本发明夹紧结构的压力平衡元件的膜片的超声波焊接用的声极简化图示；

图6超声焊极中的夹持结构的放大图，超声焊接的膜片嵌入其中。

具体实施方式

图1中用横截面示出的压力平衡元件用附图标记1表示。压力平衡元件1嵌入某种外壳尤指电气设备外壳、电动机外壳、或传动箱或容器之类的壁4中。按该图，压力平衡元件1与壁4用相同材料做成一体，该图只是一个例子，压力平衡元件1也可作为单独件嵌入壁4中。

压力平衡元件1用于内室2和外侧3之间的压力平衡。在内室2和外侧3之间布置一个膜片5，膜片5被放置在一个沿外侧3的方向延伸的圆柱形结构的端面上。通过该圆柱形结构使膜片5的接缝处或固定处从壁4的平面凸起，所以在外侧3沿着壁4流动的液体、或在该外侧上流动的或浸润该外侧的液体都不会到达膜片5。此外，膜片5指向外侧3的方向具有一定的拱起度，所以膜片5具有杯盖或球拱的形状，从而可使液体立即离它流走。只有在膜片5和圆柱形结构的端面之间的接缝区，膜片5才具有一个环形的平面来为接缝方法特别是为超声波焊接方向提供一定的接缝面。

通风道6穿通圆柱形结构在内室2和外侧3之间延伸。通风道6可有多个，它们被支撑结构11中断或相互隔开。该支撑结构同样具有拱起的、杯盖状的表面，膜片5可以靠到该表面上。这样就可防止膜片在内室2和外侧3之间的压差超过极限值时可能产生的过度延伸。

保护盖8从外侧3放到压力平衡元件1上。保护盖8可在圆柱形结构的范围焊接、粘接、夹紧或用别的方式连接在壁4上或圆周侧的压力平衡元件1上。保护盖8具有保护功能，所以膜片5不受到来自外侧方向的机械影响。此外，保护盖8具有连接片状的成型件9，它们由窗口状的断口构成。通过这些窗口状的断口可进行压力平衡，所以保护盖8在膜片所在的保护盖的内侧和外侧3之间可进行一定的通风。

图2表示在圆柱形结构内的支撑结构11的几何构造，该圆柱形结构通过端面7限定。此图未示出膜片，以便表示支撑结构11的精确构造。支撑结构11做成十字支撑的形状并可与圆柱形结构制成一体。支撑结构11的十字状的连片之间的间隙构成通风道6，这些通风道有一定的弯曲度，以免从外侧到内侧的直线连通。这样就提高了防静电放电的安全性，因而静电放电不能到达内室。

图3A和3B表示保护盖8的第一实施例的透视图。保护盖8具有圆盘形的基本结构，在其上构成多个连接片状的成型件9。保护盖8可制成注塑件，这样连接片状的成型件就可与保护盖8的基本结构制成一体。这些成型件之间有自由空间，以保证即使在连接好保护盖8的情况下仍可实现压力平衡元件的压力平衡。

图4A和4B表示保护盖8的另一实施例，该保护盖在内侧除了平面圆盘状的基本结构10外，具有蜗轮状的成型件，这种成型件叫做连接片状的成型件9。这些弯曲成蜗轮叶片的连接片状的成型件防止了在保护盖8径向内的外侧和内侧之间的直线连通。这些成型件相互搭接，所以只通过一段弯曲连接即可实现从外侧到内侧的直接连通。

图5表示本发明压力平衡元件制作方法所用的一个超声焊极12。超声焊极12作为超声焊接方法转换用的有源工具，它处于超声波振动状态，以使膜片-图中未示出-和接缝对-同样未示出-之间的接缝平面产生热来熔化材料并由此连接在一起。这种超声焊极特别适用于把膜片焊接到压力平衡元件的圆柱形结构的端面上。

超声焊极12具有一个夹持结构13，该夹持结构包括一个向内拱起的杯盖状结构。此外，超声焊极12具有一个中心流入夹持结构13的负压接口14。当负压加到负压接口14上时，膜片被吸入夹持结构13的轮廓中，从而产生膜片的杯盖状的外形。把膜片连接到端面上的方法是，在超声波焊接过程中保持负压，以使膜片呈弯曲形状焊接到该端面上。所以在焊接过程结束后，膜片保持弯曲形态，从而实现膜片的本发明布置。

图6表示负压接口14流入超声焊极12的、夹持结构13中的放大视图。当超声焊极12装到首先呈平面圆盘状的膜片上时，在加负压的情况下，夹持结构13以内的负压接口14也产生负压。这样，膜片被吸入夹持结构13中并紧贴在拱起的壁上。所以膜片不但处于要求的弯曲状态，而且可借助超声焊极按吸盘那样进行处理。

本发明不限于上面给出的优选实施例。相反可以设想多种变型方案，所述变型方案在原则上不同的实施例中也可以利用所述的技术方案。

Claims (10)

1.外壳尤其是电气设备外壳、电动机外壳或传动箱或容器之类的内室(2)相对于外侧(3)的压力平衡用的压力平衡元件，该压力平衡元件(1)被嵌入该外壳的壁(4)中并包括一个压力平衡的膜片(5)，此外，压力平衡元件(1)包括一个圆柱形结构，风道(6)穿通该圆柱形结构延伸，

其特征为，该圆柱形结构朝外侧(3)的方向延伸，以便从外壳的壁(4)中形成一个凸起，该凸起通过一个环形端面(7)界定，而膜片(5)则呈拱起的杯盖状安装在该凸起上，此外，压力平衡元件(1)包括一个保护盖(8)，该保护盖离该圆柱形结构上方的膜片(5)以一定距离在外侧(3)的方向延伸。

2.按权利要求1的压力平衡元件，

其特征为，膜片(5)用超声波焊接方法焊接到端面(7)上。

3.按权利要求1或2的压力平衡元件，

其特征为，保护盖(8)用超声波焊接方法焊接在压力平衡元件(1)本体上。

4.按权利要求1至3任一项的压力平衡元件，其特征为，保护盖(8)具有罩状的基本结构，其周边带有部分中断的外壳区段，所以该外壳区段构成连接片状的成型件(9)。

5.按权利要求1至3任一项的压力平衡元件，其特征为，保护盖(8)具有平面圆盘状的基本结构(10)，其上平面一侧成型连接片状的成型件(9)，这些成型件在平面圆盘状的基本结构(10)的径向内具有一定的曲率并在基本结构(10)的圆周方向内均匀布置在该基本结构上。

6.按前述权利要求任一项的压力平衡元件，

其特征为，在该圆柱形结构内嵌入一个支撑结构(11)来支撑膜片(5)。

7.按权利要求6的压力平衡元件，

其特征为，通风道(6)在圆柱形结构以内呈迷宫状穿过支撑结构(11)延伸，所以防止了连接通道(6)的直线形成。

8.按前述权利要求任一项的压力平衡元件，其特征为，至少由圆柱形结构和支撑结构组成的压力平衡元件(1)的本体用注塑方法制作并嵌入外壳的壁(4)内并与该壁密封连接或用相同材料与外壳制成一体。

9.按权利要求1至8任一项的压力平衡元件的制作方法，

其特征为，膜片(5)用一个超声焊极(12)按超声焊接方法焊接到圆柱形结构的端面(7)上，且该超声焊极包括一个拱起的杯盖状的夹持结构(13)，膜片(5)夹持其中以产生拱起的杯盖状的结构。

10.按权利要求9的方法，

其特征为，夹持结构(13)在超声焊极(12)中向内拱起并具有一个负压接口(14)，在该负压接口中产生负压，且在超声波焊接过程中，膜片(5)被负压吸入向内拱起的杯盖形的夹持结构(13)中。

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