CN108692078A - 用于壳体的压力平衡装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于壳体的压力平衡装置，其中，所述压力平衡装置包括内侧(1)、外侧(2)和具有通气开口(4)的网格状的外罩(3)，所述通气开口(4)根据需要将内侧(1)与外侧(2)导流连接并且所述通气开口在其可穿流的方向(5)上由内边缘(6)和外边缘(7)限定，所述通气开口(4)由可透气的膜片(8)遮盖，其中，所述膜片(8)构成为无纺布复合部件(10)并且包括至少一个无纺布层(11)。本发明还涉及一种壳体，所述壳体包括按照本发明的压力平衡装置。

Description

用于壳体的压力平衡装置
技术领域
本发明涉及一种用于壳体的压力平衡装置，其中，所述压力平衡装置包括内侧、外侧和具有通气开口的网格状的外罩，所述通气开口根据需要将内侧与外侧导流连接并且所述通气开口在其可穿流的方向上由内边缘和外边缘限定，并且所述通气开口由可透气的膜片遮盖。
背景技术
这样的压力平衡装置由EP2554882A1已知。已知的压力平衡装置设置用于平衡壳体中的内部压力，其中，在所述壳体内设置有电化学装置。可透气的膜片能根据内部压力的变化而变形并且优选由PTFE材料制成。所述膜片能够在正常情况下实现内侧与外侧之间的压力平衡。在壳体中的内部压力不期望地过高的情况下，所述膜片被构成为紧急排气元件的销子毁坏。被毁坏的膜片释放用于壳体的紧急排气的通气开口。由此实现用于壳体的破裂保护。已被证明为重要的是，已知的压力平衡装置基于如下的构思，根据所述构思，压力平衡功能和紧急排气功能在抵抗外侧水压的稳定性较高的同时被组合在仅一个唯一的构件、即根据需要能被毁坏的PTFE膜片中。两个不同的构件、即用于在正常情况下在压力波动时的压力平衡的第一构件和用于根据需要的紧急排气的第二构件被明确认为是不利的。
发明内容
本发明基于如下任务，即：进一步改进开头提及类型的压力平衡装置，使得膜片的可透气性被提高，从而所述膜片不仅不受损坏地经受住内侧的紧急排气并且随后能够不变地在压力平衡装置中被继续使用。
该任务按照本发明通过具有权利要求1的特征的压力平衡装置来解决。有利的构造方案参考从属权利要求。
为了解决所述任务设有一种用于壳体的压力平衡装置，其中，所述压力平衡装置包括内侧、外侧和具有通气开口的网格状的外罩，所述通气开口根据需要将内侧与外侧导流连接并且所述通气开口在其可穿流的方向上由内边缘和外边缘限定，其中，所述通气开口由可透气的膜片遮盖，所述膜片构成为无纺布复合部件并且包括至少一个无纺布层。对于本发明重要的是，所述膜片构成为无纺布复合部件并且包括至少一个无纺布层。所述复合部件至少两件式地构成。
无纺布复合部件具有比构成为PTFE膜片的防水膜片明显更大的可透气性。
按照本发明的压力平衡装置基本上适用于所有具有封闭壳体的构件，在所述封闭壳体中，内侧与外侧之间的差别压力可能导致损坏或导致失效。同时，通过所述膜片应该确保没有水从外侧穿过所述膜片到达内侧。
壳体、尤其是用于电子器件(例如电池、逆变器、电机或汽车前照灯)的壳体通常具有在该壳体中包含的死体积。对于电动车中的电池而言，该死体积典型地为多于20升，这可以形成整个电池体积的大约5％至20％。根据电池单体在电池壳体中的构造，所述死体积可能还明显更高。类似的情形也在电机中出现。在此存在取决于技术的死体积，例如在电动机绕组的区域中或者由于转子与定子之间的间隙。所设有的轴承也增加了死体积。电子器件的壳体以及传感器壳体同样包含不可避免的死体积。类似的情形在汽车前照灯中存在。
在气密地封闭的壳体中，由于在运行期间的加热/冷却、外部的例如取决于气候的温度波动、上坡和下坡、大气压力波动、运输过程(尤其是在空运时)或者驶入或驶出隧道而在壳体内部不仅可能出现过压，而且可能出现负压。近来，壳体的壁变得越来越薄并且由此构造得更轻，因而壳体由于其薄壁性而必须被保护以防不期望高的差别压力。为此设置所述压力平衡装置。通过压力平衡元件能够消除压力峰值，并且可能的作用于壳体的压力载荷由此被限定地减小。
对良好地起作用的压力平衡装置的重要要求在于：在正常运行期间的良好透气性、在紧急排气期间从内向外的高透气性、高防水性、对油和灰尘的良好耐污性以及良好的机械稳定性。
尤其是，在正常运行中的高透气性和高防水性通常难以相互协调。如之前已经阐明的那样，PTFE膜片虽然是防水的。然而，PTFE膜片在压力平衡装置的正常运行中常常透气性不足，从而这样的压力平衡元件为了良好的功能而必须具有大的横截面或者必须有多个压力平衡装置并行连接。
与此相对地，如果膜片只包括仅一个无纺布层，则该膜片虽然可以具有高的特定的透气性，然而，这样的膜片由于相对大的气孔而防水性不足，从而液体可能不期望地从外侧穿过膜片推进至内侧。
如果使用微孔PTFE薄膜作为膜片，则所述膜片在防水性良好的情况下仅具有相对小的空气通量。这尤其是在紧急排气时(此时必须快速地导出大量气体)导致不能克服的问题。因此，这样的膜片如开头所说明的那样被这样设计，使得所述膜片在超过临界压力时被毁坏并且仅由此能够实现迅速的压力平衡。然而，这导致该膜片随后被毁坏并且必须被更换。压力平衡装置在膜片被毁坏之后暂时不再能够被使用。
无纺布复合部件对于压力平衡装置的良好功能而言具有足够高的透气性。
按照一种有利的构造方案可以规定，至少一个无纺布层构成为微纤维无纺布层。在此的优点是，微纤维无纺布层有利地被构造成疏水的并且由此尽管透气性高仍然在正常运行条件下良好地阻止液体从外侧渗入至内侧。该构造方案例如可以通过涂覆、浸渍或化学接枝(Pfropfen)碳氟化合物或聚氨酯来实现。此外，这样配备的微纤维无纺布层也防止油和其它来自外部的污染物渗入。此外，所述微纤维无纺布层保护所述膜片的至少一个布置在该微纤维无纺布层下方的层以防损坏/毁坏。
此外可以规定，至少一个无纺布层构成为超级吸收剂无纺布层。这样的超级吸收剂无纺布层作为截止层起作用并且在任何情况下阻止液体从外侧穿过膜片推进至内侧。在这样的无纺布层中包含的超级吸收剂颗粒从外侧接收液体并且将该液体保持在自身中。所述超级吸收剂在接触水时膨胀，从而来自外部的水不再能够渗透此时闭合的面。超级吸收剂能够接收并且存储多倍于其自身重量的液体。
所述超级吸收剂无纺布层可以沿可穿流的方向设置在膜片的面向内侧的一侧上并且所述超级吸收剂无纺布层在其面向外侧的一侧上由之前所说明的微纤维无纺布层遮盖。由此产生所述无纺布复合部件。通常，超级吸收剂无纺布层虽然具有防水性但是形状稳定性不足并且因此需要至少一个支撑层，所述至少一个支撑层可以由所提及的微纤维无纺布层或其它多孔材料/其它多孔结构形成。此外，向外安置的微纤维无纺布层保护超级吸收剂无纺布层。因此，超级吸收剂无纺布层仅当液体经过外部的微纤维无纺布层时才被激活。
来自外部的液滴、例如冷凝液或露水仍然不导致激活超级吸收剂无纺布层。如果微纤维无纺布层例如经受得住几厘米的水压，则超级吸收剂无纺布层仅在极少数情况下被激活。
因而，微纤维无纺布层形成用于超级吸收剂无纺布层的支承层。
所述超级吸收剂无纺布层构成为在接触水时自动闭合并且优选对于直至至少1米的水柱是防水的。这样的防水性在保护等级IP67中被要求，以便保护壳体内的敏感构件以防被施加液体。
所述膜片可以与透气开口的外边缘材料锁合地连接。优选地，所述材料锁合连接通过超声波焊接连接形成。这样的连接是简单的并且能过程可靠地建立并且在长的使用寿命期间是密封的。与此不同地，所述材料锁合连接可以通过粘接连接形成。
根据应用情况的相应的已知条件，当压力平衡装置必须不仅具有良好的可透气性、而且还必须具有破裂保护时，可以使用过压阀作为破裂保护，通过所述过压阀，在超过被看作是临界的过压时在膜片被损坏或被毁坏之前在内侧上进行紧急排气。因此，在内侧的紧急排气之后，所述压力平衡装置也再次不受限制地可供使用；不必更换所述膜片。由此，进一步保护压力平衡装置的内侧并且因此保护包括这样的压力平衡装置的壳体的内部，以防受到不期望的环境影响。
所述过压阀可以包括圆环形地构成的并且朝外侧的方向凸出地拱起的保护罩，该保护罩由弹性材料制成，所述保护罩的内周基本上对应于所述外边缘，其中，所述内周沿可穿流的方向在面向外侧的一侧上密封地接触所述膜片。制成所述保护罩的弹性体材料是不能被气体和液体透过的。所述内周密封地支撑在所述膜片的外周上，以便在按照规定使用所述压力平衡装置期间在接触区域中防止流体短路
所述保护罩具有构成为密封唇的外周，其中，所述密封唇在弹性预紧力的作用下密封地接触外罩的密封面，所述膜片和所述保护罩共同地在空间上将内侧与外侧相互分开，所述密封唇为了内侧的紧急排气并且为了提供内侧与外侧之间的导流连接而能从所述密封面抬起并且能被置于打开位置中。所述网格状的外罩可以至少两件式地构成，包括外半部和内半部，其中，在外半部与内半部之间设置所述膜片和所述保护罩。所述保护罩的面向内侧的下侧被施加来自内侧的压力，所述保护罩的面向外侧的上侧被施加来自外侧的压力、即环境压力。所述网格状的外罩具有网格状的通孔，以便所述膜片和所述保护罩能够被施加内部压力和外部压力。
如果作用于压力平衡装置的内侧的压力超过预先确定的小于壳体的破裂压力的阈值，则所述保护罩的密封唇为了紧急排气而从外罩的密封面抬起如此长的时间，直至再次低于临界阈值。接着，所述密封唇自动地再次密封地贴靠在所述密封面上。所述压力平衡装置的功能无毁坏地实现。在紧急排气之后，所述压力平衡装置能够如在所述紧急排气之前那样没有任何限制地继续被使用。
所述外罩优选由聚合物材料制成。与此不同地，所述外罩可以由金属材料制成。
附图说明
以下借助附图1更详细地阐述按照本发明的压力平衡装置的一种实施例。
具体实施方式
在所述附图1中以示意图示出压力平衡装置的一种实施例。所述压力平衡装置能够被用于如下所有类型的壳体，在所述壳体中应该避免在内侧1与外侧2之间的不期望的差别压力。
压力平衡装置具有内侧1和外侧2，其中，在此未示出的壳体的内部中的压力作用于内侧1并且环境压力(大多为大气压力)作用于外侧2。
压力平衡装置包括网格状的外罩3，该外罩在示出的实施例中包括外罩3的内半部20和外半部21。在外罩3内，在内半部20与外半部21之间设置可透气的膜片8和构成为过压阀9的保护罩15。通气开口4是内半部20的组成部分，所述通气开口根据需要将内侧1与外侧2导流连接。通气开口4能沿方向5被穿流并且由内边缘6和外边缘7限定。在压力平衡装置的整个使用寿命期间，通气开口4始终由膜片8遮盖。膜片8没有为壳体的破裂保护作出任何贡献。与此相反地，保护罩15形式的过压阀9形成破裂保护。膜片8和过压阀9以功能技术上的并行连接的方式这样设置，使得在内侧1与外侧2之间的压力差不仅作用于膜片8、而且也作用于过压阀9。只有在超过差别压力阈值时(其中，作用于内侧1的压力大于作用于外侧2的压力)，保护罩15为了内侧1的紧急排气而释放在内侧1与外侧2之间的直接路径。因此，实现用于设有所述压力平衡装置的壳体的破裂保护。
在压力平衡装置的正常运行中，构成为密封唇17的外周18在弹性预紧力的作用下密封地贴靠在外罩3的密封面19上。仅通过可透气的膜片8实现压力平衡，所述膜片构成为无纺布复合部件10并且包括微纤维无纺布层12和超级吸收剂无纺布层13。仅为了内侧1的紧急排气并且为了提供内侧1与外侧2之间的导流连接，密封唇17从密封面19抬起。在紧急排气之后，密封唇17自动地再次密封地贴靠到密封面19上。
除了之前所说明的具有尽可能大的穿过所述膜片8的透气性的压力平衡功能之外，可透气的膜片8和过压阀9引起在外侧2与内侧1之间的液体阻碍。为此需要的是，所述膜片8以特定的类型和方式构造、即构造为无纺布复合部件10。
在这里示出的实施例中，构成为无纺布复合部件10的并且两件式地构成的膜片8包括微纤维无纺布层12和超级吸收剂无纺布层13，其中，超级吸收剂无纺布层13沿可穿流的方向5设置在膜片8的面向内侧1的一侧上。超级吸收剂无纺布层13在其面向外侧2的一侧上由微纤维无纺布层12遮盖。如果超级吸收剂无纺布层13被施加液体，则该超级吸收剂无纺布层以其结构接收所述液体，这导致膨胀并且导致气密地封闭通气开口4。因此，该通气开口4相应地是防水的。
在膜片8不再被施加液体之后并且在膜片8被再次干燥之后，所述膜片8重新变成可透气的并且由此再次释放穿过所述膜片8的通气开口4。
要指出的是，之前所说明的超级吸收剂无纺布层13气密地封闭通气开口4的情况在正常情况下不会发生。朝向外侧2设置的微纤维无纺布层12为超级吸收剂无纺布层13形成保护层并且在正常情况期间使液体完全避开超级吸收剂无纺布层13。因此，微纤维无纺布层12典型地经受住几厘米的水柱并且尤其是经受住喷水和冲击水。对超级吸收剂无纺布层13施加液体仅在紧急情况下出现，例如当设有所述压力平衡装置的壳体较长时间完全处于水下的时候，其中，存在的水柱如此的高，以至于该水柱能够穿透微纤维无纺布层。
在外罩3的上半部21中的通孔设有附图标记14。
在这里示出的实施例中，外罩3由聚合物材料制成，其中，膜片8借助超声波与通气开口4的外边缘7焊接。所述上半部21遮盖膜片8并且由此保护该膜片以防受到不期望的环境影响。

Claims (14)

1.用于壳体的压力平衡装置，其中，所述压力平衡装置包括内侧(1)、外侧(2)和具有通气开口(4)的网格状的外罩(3)，所述通气开口(4)根据需要将内侧(1)与外侧(2)导流连接并且所述通气开口在其可穿流的方向(5)上由内边缘(6)和外边缘(7)限定，所述通气开口(4)由可透气的膜片(8)遮盖，并且其中，所述膜片(8)构成为无纺布复合部件(10)并且包括至少一个无纺布层(11)。
2.根据权利要求1所述的压力平衡装置，其特征在于，至少一个无纺布层(11)构成为微纤维无纺布层(12)。
3.根据权利要求1或2所述的压力平衡装置，其特征在于，至少一个无纺布层(11)构成为超级吸收剂无纺布层(13)。
4.根据权利要求3所述的压力平衡装置，其特征在于，所述超级吸收剂无纺布层(13)沿可穿流的方向(5)设置在膜片(8)的面向内侧(1)的一侧上，并且所述超级吸收剂无纺布层在其面向外侧(2)的一侧上由微纤维无纺布层(12)遮盖。
5.根据权利要求3或4所述的压力平衡装置，其特征在于，所述微纤维无纺布层(12)形成用于超级吸收剂无纺布层(13)的支承层。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的压力平衡装置，其特征在于，所述超级吸收剂无纺布层(13)构成为在接触水时自动闭合并且对于直至至少1米的水柱是防水的。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的压力平衡装置，其特征在于，所述膜片(8)与所述外边缘(7)材料锁合地连接。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的压力平衡装置，其特征在于，为所述膜片(8)以功能技术上的并联连接的方式配置有构成为破裂保护的过压阀(9)。
9.根据权利要求8所述的压力平衡装置，其特征在于，所述过压阀(9)包括圆环形地构成的并且朝外侧(2)方向(5)凸出地拱起的保护罩(15)，该保护罩由弹性体材料制成，所述保护罩的内周(16)基本上对应于外边缘(7)，并且所述内周(16)沿可穿流的方向(5)在面向外侧(2)的一侧上密封地接触所述膜片(8)。
10.根据权利要求9所述的压力平衡装置，其特征在于，所述保护罩(15)具有构成为密封唇(17)的外周(18)，所述密封唇(17)在弹性预紧力的作用下密封地接触外罩(3)的密封面(19)，所述膜片(8)和所述保护罩(15)共同地在空间上将内侧(1)与外侧(2)相互分开，所述密封唇(17)为了内侧(1)的紧急排气并且为了提供内侧(1)与外侧(2)之间的导流连接而能从所述密封面(19)抬起并且能被置于打开位置中。
11.壳体，所述壳体包括根据权利要求1至10中任一项所述的压力平衡装置。
12.根据权利要求11所述的壳体，其特征在于，所述壳体包围电子组件、例如电马达或功率电子装置。
13.根据权利要求11或12所述的壳体，其特征在于，所述壳体构成为前照灯壳体。
14.根据权利要求11所述的壳体，其特征在于，所述壳体包围化学反应器。
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