CN114271039A - 结构元件 - Google Patents
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Abstract
本发明给出一种结构元件（100），所述结构元件具有：壳体（1）和密封元件（2），所述壳体具有至少一个第一壳体部分（11）和至少一个第二壳体部分（12）以及至少部分地被所述第一壳体部分和所述第二壳体部分包围的内部空间（10），其中，所述第一壳体部分具有第一密封面（13）且所述第二壳体部分具有第二密封面（14），其中，所述密封元件贴靠在所述第一密封面和所述第二密封面上，其中，所述密封元件具有与所述内部空间接触的内部面（21）和与所述壳体周围大气接触的外部面（22），其中，所述密封元件具有材料，通过所述材料进行所述内部空间和所述周围大气之间的气体交换。
Description
技术领域
给出一种结构元件。该结构元件尤其可以具有带内部空间的壳体，该内部空间应被保护以防湿气和/或颗粒。
为了保护壳体内部空间以防湿气和颗粒，可以使用不透气地密封的壳体。然而在这类壳体中可能出现内部体积和位于外部的大气压力之间的压差。该压差例如通过温度改变、空气压力波动或大气之内的高度改变而产生。压差可能导致壳体变形和其密封件损坏。如果壳体中装有测量压力的传感器或者壳体是相对压力传感器的部分，则压差会导致测量误差。同样地可能在封闭的壳体中由于缺乏通风而出现冷凝。
背景技术
为了避免这些问题，在现有技术中常见的是，借助于专门安置的开口建立与壳体之外的环境大气的接触。该开口然而必须被保护以防水和任何另外的液体以及不洁物侵入。这典型地通过所谓的压力补偿元件实现，该压力补偿元件包含半透膜，该半透膜虽然是空气可穿透的，然而保护以防液体或颗粒进入。压力补偿元件对设计要求很高，使得它例如在恶劣的环境条件中使用的情况下不被机械上损坏或弄脏。同样地，压力补偿元件必须被保护例如防止直接的水射流。从印刷件DE 10 2017 128 460 A1、DE 10 2015 214 923 A1和KR 101305683 B1中已知压力补偿开口和压力补偿膜。
此外例如在汽车领域中已知，在压力传感器中，通过电插头到被联接的电缆或被联接的电缆束中进行传感器壳体的通风，然而这可能出现问题，因为电缆中充斥着未定义的压力比。此外，存在湿气通过插头进入的风险。
发明内容
确定的实施方式的至少一个任务是给出一种结构元件，尤其具有壳体的结构元件。
该任务通过根据独立权利要求所述的技术方案得以解决。该技术方案的有利实施方式和改进在从属权利要求中表明且此外从后续的说明书和附图中得知。
根据至少一种实施方式，结构元件具有带内部空间的壳体。在内部空间中结构元件可以具有至少一个构件，该至少一个构件应当被保护例如防止湿气和/或颗粒和/或另外的不洁物。结构元件例如可以是电气的结构元件且具有至少一个电气的或电子的构件，即具有电气的或电子的功能特性的构件。该至少一个电气的或电子的构件尤其可以被布置且电联接在内部空间中。此外，结构元件例如可以附加地或替代地是化学的和/或磁性的结构元件且在内部空间中具有至少一个带化学的和/或磁性的功能特性的构件。此外也可以是另外的功能特性。结构元件也可以具有由多个带不同功能特性的构件和/或至少一个带多个功能特性的构件组成的组合。
该至少一个电气的或电子的构件例如可以具有或者是至少一个传感器元件。待由传感器元件测量的属性特别优选地可以是压力，从而结构元件例如可以被构造为压力传感器。传感器元件在这种情况下例如可以具有或者是压力传感器芯片。此外，待由传感器元件测量的属性例如也可以是温度，从而结构元件附加地或替代地也可以被构造为温度传感器。传感器元件在这种情况下例如可以具有或者是热敏电阻。此外，传感器元件例如也可以被构造为光学传感器。结构元件也可以具有多个传感器元件，这些传感器元件例如可以从所描述的传感器元件中选择，从而电气的结构元件可以被用于测量多个参数。
此外也可以是，结构元件替代地或附加地在内部空间中具有至少一个电气的或电子的构件，该至少一个电气的或电子的构件不具有传感器功能。该至少一个电子的构件例如可以具有或是一个或多个电子部件例如ASIC（application-specific integratedcircuit，专用集成电路）。ASIC例如可以被设立和设置用于操控另外的电子构件例如传感器元件。
根据另一实施方式，壳体具有至少一个第一壳体部分和第二壳体部分。壳体部分可以被构造成一体式或多部分的，尤其可以至少部分地包围壳体的内部空间。特别优选地，第一和第二壳体部分可以被拼接用于制造壳体且由此构成且围住内部空间。除此之外还可以存在更多壳体部分，这些壳体部分被布置和/或紧固在第一和/或第二壳体部分上。此外也可以是，布置在内部空间中的构件构成内部空间和周围大气之间的壳体壁的一部分。这在结构元件被构造为压力传感器的情况下例如可以是传感器元件、例如以压力传感器芯片的形式。
根据另一实施方式，结构元件具有密封元件，该密封元件被布置在第一和第二壳体部分之间。特别优选地，第一壳体部分具有第一密封面且第二壳体部分具有第二密封面，其中，密封元件分别贴靠在第一密封面和第二密封面上。密封元件尤其被布置在第一和第二密封面之间且特别优选地处于与第一密封面和第二密封面的直接机械接触中。特别优选地，第一和第二密封面从密封元件看被布置成彼此相对置的。密封元件尤其被布置在设置用于密封元件的密封区域中，该密封区域通过第一和第二密封面优选在两侧被限界。
根据另一实施方式，密封元件具有内部面，该内部面处于与内部空间的接触中。此外，密封元件具有外部面，该外部面处于与壳体周围大气的接触中。换言之，存在于壳体内部空间中的气体大气与密封元件的内部面邻接，而壳体周围大气与密封元件的外部面邻接。设想没有该密封元件，那么得到尤其从内部空间至周围大气的连贯的路径且反之。内部空间因此通过密封元件与周围大气在空间上分开。
密封元件例如可以从O型圈、绳密封件、平面密封件和喷铸密封件中选择。密封元件尤其可以被用于取代常见密封件。第一和第二壳体部分的第一和第二密封面可以是例如环形密封区域的部分，密封元件被布置在该部分中。
根据另一实施方式，密封元件具有材料，通过该材料进行内部空间和周围大气之间的气体交换。这尤其可以意味着，至少一个气体种类在结构元件的正常运行条件下可以穿过密封元件且从周围大气到达内部空间中且反之。至少一个气体种类优选可以具有或者是空气的一个或多个组成部分。通过气体交换尤其可以实现的是，可以进行内部空间和周围大气之间的压力补偿，使得内部空间中的压力可以与周围大气的变化的压力相适配。密封元件此外可以特别优选地是排斥湿气和颗粒的。这尤其可以意味着，至少防止来自周围大气的湿气和颗粒侵入到内部空间中。特别优选地，密封元件是对于湿气和颗粒不可穿透的。通过该密封元件因此可以实现：达到周围大气和内部空间之间的压力补偿，而内部空间被保护以防湿气和通过来自周围大气的颗粒引起的污染。适合于密封元件的材料以及密封元件本身可以在这里和在下文中相应地也被表示为半渗透的。密封元件因此尤其可以构成半渗透的壳体密封件，用于壳体内部空间中的压力的压力补偿。
根据另一实施方式，密封元件具有多孔的材料或由其制成。该多孔的材料尤其可以被构造成：其对于气体是至少部分可穿透的且对于湿气和颗粒是不可穿透的。密封元件尤其可以具有合成材料或由其制成。特别优选地，多孔的材料可以是多孔的橡胶或多孔的聚四氟乙烯（PTFE），从而密封元件可以具有多孔的橡胶和/或多孔的PTFE或者可以由其制成。橡胶例如可以是硅橡胶、氟橡胶或丁腈橡胶。密封元件的多孔性尤其可以被调节成：达到下面所描述的气体穿流率。此外，密封元件可以具有非多孔的气体可穿透的聚合物，例如在印刷件DE 198 82 417 T1中所描述的，其与此相关的公开内容通过回引的方式被接收。
密封元件尤其可以具有多孔的材料和/或非多孔的气体可穿透的材料，该材料具有大于或等于0.1l/(h×cm3)或者大于或等于0.3l/(h×cm3)或者大于或等于1l/(h×cm3)的针对空气的气体穿流率F。气体穿流率F是平衡气体穿流率且可以通过具有面积A和厚度d的物体如膜在局部压差p1-p2的情况下借助于公式F=K×[A×(p1-p2)/d]来计算，如在印刷件P. Sturm等人, "Permeation of atmospheric gases through polymer O-rings usedin flasks for air sampling", J. Geophys. Res., 109, D04309（2004）中所描述的。
根据另一实施方式，仅通过密封元件进行内部空间和周围大气之间的气体交换。这尤其可以意味着，壳体没有用于内部空间通风的通风开口，如其常见地在现有技术中被使用。此外这可以意味着，内部空间对于使用另外的气密材料取代密封元件的情况来说，壳体以及内部空间会是不透气地封闭的。在这里描述的结构元件中，附加必要的通风开口及其通过昂贵的压力补偿元件进行的保护的问题因此被这样避免：通过这里描述的密封元件进行壳体的密封，该密封元件优选可以具有半渗透的材料或由其制成，该半渗透的材料与压力补偿元件的工作原理相似地是气体可穿透的，但排斥液体和颗粒。特别优选地，由结构设计决定的必需的壳体密封可以通过密封元件，尤其以O型圈、绳密封件、平面密封件或喷铸密封件的形式实现。例如密封元件可以根据标准ISO 3601构造。特别优选地可以使用半渗透的材料比如多孔的橡胶或多孔的PTFE且负责被密封的壳体的内部空间和周围大气之间的压力补偿。附加必要的压力补偿开口和为此必要的压力补偿元件由此是多余的。密封元件一方面保障防止液体和颗粒且另一方面优选具有针对气体尤其空气的充足的可穿透性，使得密封元件接管压力补偿元件的功能。多孔性以及气体穿流量可以视应用而定有针对性地通过密封元件的构造来控制。
如果密封元件被用于取代普通的密封，防水的喷溅保护尤其可以是非必要的，因为密封件一般被构造成已经存在喷溅保护。此外，用于膜的粘合或焊接是非必要的，该膜在另外的情况下会被设置作为压力补偿元件。此外，由结构设计决定可以实现的是，密封元件与膜相反不会被丢失以及相对压力冲击是可靠的且是可更换的，由此可以得到更好的可维护性。相反，被用于压力补偿元件的膜会被粘住或焊住且因此不是可更换的。
附图说明
其他的优点、有利的实施方式和改进从下文中结合附图所描述的实施例中得出，其中：
图1A和1B示出根据一个实施例的结构元件的示意图和
图2A和2B示出根据其他实施例的结构元件的片段的示意图。
具体实施方式
在实施例和附图中，相同的、同类的或作用相同的元件可以分别配上同一附图标记。示出的元件和其彼此之间的大小比例不应看作按正确比例的，相反，单个的元件例如层、构件、结构元件和区域为了更好地理解可能被过大地示出。
在图1A和1B中示出用于结构元件100的实施例，其中，在图1B中示出图1A中的视图的片段。以下的描述同样地涉及图1A和1B。
结构元件100具有壳体1，该壳体围住内部空间10。在内部空间10中，如同通过虚线所简示，可以布置且视功能特性而定电联接至少一个构件3。结构元件100纯示例性地被构造为电气的结构元件且具有电气的或电子的构件作为构件3，该构件被布置在内部空间10中且被电联接。替代地或附加地，结构元件100也可以具有化学的和/或磁性的和/或另外的功能特性且具有一个或多个相应的构件。纯示例性地，结构元件100可以是压力传感器比如高压传感器和/或压差传感器。为此，结构元件100可以包含例如壳体1、尤其一个或多个压力输入装置和电气接口以及其他部件，这些部件为了清楚起见未示出。所简示的构件3以电子构件的形式可以具有或者是传感器元件、尤其以压力传感器芯片形式的压力传感器元件，该压力传感器芯片例如可以被构造为基于硅的压力传感器芯片比如压电阻式硅压力传感器芯片。此外，传感器元件也可以被构造为电容式陶瓷压力传感器芯片、以金属的或陶瓷的弯曲板为基础的压电阻式的基于厚层或薄层的压力传感器芯片或感应式压力传感器芯片。
除此之外，可以在壳体1的内部空间10中布置且电联接一个或多个其他的电子构件比如ASIC（application-specific integrated circuit，专用集成电路），该一个或多个其他的电子构件例如被设立和设置用于操控传感器元件。
结构元件100如前面提及的不限于压力传感器。替代地或者用于所描述的压力传感器应用，结构元件100也可以实现另外的功能且相应地具有至少一个另外的构件3。
如图1A中所示，壳体1尤其具有至少一个第一壳体部分11和第二壳体部分12，该至少一个第一壳体部分和第二壳体部分被拼接用于构成壳体1或构成壳体的至少一部分且包围内部空间10。壳体部分11、12中的每个壳体部分可以被构造成一体式或多部分的。除此之外，还可以存在更多的壳体部分，这些壳体部分被布置和/或紧固在第一和/或第二壳体部分上。此外也可以是：构件3构成壳体壁的一部分，该壳体壁将内部空间10与周围大气分开。
在第一和第二壳体部分11、12之间，在密封区域20中布置密封元件2。为此，如图1B中可见，第一壳体部分11具有第一密封面13且第二壳体部分12具有第二密封面14，其中，密封元件2分别贴靠在第一密封面13和第二密封面14上。密封元件2被布置在第一和第二密封面13、14之间且特别优选地处于与第一密封面13和第二密封面14的直接机械接触中，其中，第一和第二密封面13、14从密封元件2看特别优选地被布置成相对置的。密封区域20因此可以通过第一和第二密封面13、14在两侧被限界。
密封元件2的内部面21处于与内部空间10的接触中，而外部面22处于与壳体1的周围大气的接触中。内部空间10因此通过密封元件2与周围大气在空间上分开。
密封元件2具有材料，通过该材料进行内部空间10和周围大气之间的气体交换90，如同通过双箭头所简示。相应地，至少一个气体种类、尤其来自空气的气体在结构元件100的正常运行条件下穿过密封元件2且从周围大气到达内部空间10中且反之。因此可以实现内部空间10和周围大气之间的压力补偿，使得内部空间10中的压力可以与周围大气的例如通过温度改变引起的变化的压力相适配。
密封元件2此外被设立和设置用于排斥湿气和颗粒。这尤其可以意味着，密封元件2是对于湿气和颗粒优选至少部分地或特别优选地基本上或甚至完全不可穿透的且具有相应的排斥行为91，如同通过相应画出的箭头所简示。由此，可以实现周围大气和内部空间10之间的压力补偿，而内部空间10被保护以防湿气和通过周围大气中的颗粒引起的污染。密封元件2相应地构成半渗透的壳体密封件，用于壳体1的内部空间10中压力的压力补偿且同时保护以防湿气和污染。
如图1A和1B中所示，密封元件2例如可以被构造为O型圈或绳密封件。密封区域20因此在示出的实施例中构成相关联的、将内部空间10径向包围的环形区域。替代所示出的壳体部分11、12和密封区域20的几何形状，也可以是另外的布置和几何形状。
密封元件2具有多孔的材料或由其制成，该多孔的材料对于至少一种气体种类是可穿透的且对于湿气和颗粒是排斥的、特别优选不可穿透的。密封元件2尤其可以具有合成材料或由其制成。特别优选地，多孔的材料是多孔的橡胶比如硅橡胶、氟橡胶或丁腈橡胶或是多孔的聚四氟乙烯（PTFE），使得密封元件2可以具有多孔的橡胶和/或多孔的PTFE或可以由其制成。此外，密封元件2也可以具有气体可穿透的非多孔的材料，如上面一般情况部分中所描述。
在结构元件100中优选仅通过密封元件2进行内部空间10和周围大气的气体交换，使得壳体1没有另外的通风开口用于内部空间10的通风。通过气体可穿透性引起的气体交换90和关于湿气和颗粒的排斥行为91可以视应用和环境条件而定通过选择适合于密封元件2的材料来调节，用以在保护内部空间10的同时达到足够快的压力补偿。压力补偿例如在周围环境温度改变时可以是必需的。例如大约7cm3的空气体积在温度从20℃改变到80℃的情况下经历大约0.14cm3的体积改变，由此在不透气地封闭的内部空间中引起相应的压力改变。被证实为有利的是：密封元件2具有大于或等于0.1l/(h×cm3)或者大于或等于0.3l/(h×cm3)或者大于或等于1l/(h×cm3)的气体穿流率。
在图2A和2B中示出用于结构元件100的其他的实施例的片段，这些片段与图1B中的片段对应。如图1B中所示，密封元件2替代前述实施例也可以被构造为平面密封件。此外，如图2B中所示，密封元件2也可以被构造为喷铸密封件。为此，可以有利的是：密封面13、14中的至少一个密封面具有沟槽15，密封元件2可以被喷铸到该沟槽中。替代示出的实施例，也可以两个壳体部分11、12在相应的密封面13、14中都具有沟槽15。除此之外也可以是有利的是：沟槽在一个或两个密封面13、14中与被构造为O型圈、绳密封件或平面密封件的密封元件2相连接。
结合附图所描述的特征和实施例可以根据其他的实施例彼此组合，尽管不是所有组合都被明确描述。此外，结合附图所描述的实施例可以替代地或附加地具有根据一般情况部分中所描述的其他的特征。
本发明不限于借助于实施例的描述。相反，本发明包括尤其权利要求中的特征的每种组合包含的每个新的特征以及每种特征组合，尽管该特征或该组合本身没有在权利要求或实施例中明确给出。
附图标记
1 壳体
2 密封元件
3 构件
10 内部空间
11、12 壳体部分
13、14 密封面
15 沟槽
20 密封区域
21 内部面
22 外部面
90 气体交换
91 排斥行为
100 结构元件
Claims (12)
1.结构元件（100），具有：
壳体（1），具有至少一个第一壳体部分（11）和至少一个第二壳体部分（12）以及至少部分地被所述第一壳体部分和所述第二壳体部分包围的内部空间（10），
密封元件（2），
其中，所述第一壳体部分具有第一密封面（13）且所述第二壳体部分具有第二密封面（14），
其中，所述密封元件贴靠在所述第一密封面和所述第二密封面上，
其中，所述密封元件具有与所述内部空间接触的内部面（21）和与所述壳体周围大气接触的外部面（22），
其中，所述密封元件具有材料，通过所述材料进行所述内部空间和所述周围大气之间的气体交换。
2.根据权利要求1所述的结构元件，其中，所述密封元件是对于湿气和颗粒不能穿透的。
3.根据前述权利要求中任一项所述的结构元件，其中，所述密封元件具有合成材料。
4.根据前述权利要求中任一项所述的结构元件，其中，所述密封元件具有多孔的材料。
5.根据前述权利要求中任一项所述的结构元件，其中，所述密封元件具有多孔的橡胶和/或多孔的聚四氟乙烯。
6.根据前述权利要求中任一项所述的结构元件，其中，所述密封元件从O型圈、绳密封件、平面密封件、喷铸密封件中选择。
7.根据前述权利要求中任一项所述的结构元件，其中，仅通过所述密封元件进行所述内部空间和所述周围大气之间的气体交换。
8.根据前述权利要求中任一项所述的结构元件，其中，所述壳体没有用于所述内部空间通风的通风开口。
9.根据前述权利要求中任一项所述的结构元件，其中，所述第一密封面和所述第二密封面是环形密封区域（20）的部分，所述密封元件被布置在所述部分中。
10.根据前述权利要求中任一项所述的结构元件，此外在所述内部空间中具有电子的构件（3）。
11.根据前一权利要求所述的结构元件，其中，所述电子的构件具有传感器元件。
12.根据前一权利要求所述的结构元件，其中，所述传感器元件是压力传感器元件。
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