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Die
Erfindung betrifft eine Druckausgleichsverschraubung mit Druckausgleichselement
kleinen Bauvolumens und großer
Membranfläche
für verkabelte
und/oder mit Elektrik/Elektronik ausgestattete Gehäuse nach
Hauptpatent, Patentanmeldung
DE 10
2005 047 662.7 .
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Diese
Anschluß-,
Schalt- und Verteilerkästen – so sie
nicht Innen vollkommen vergossen sind – unterliegen – sowohl
bei Anwendungen im Innen- wie im Außenbereich – physikalischen Gesetzen,
wie der Bildung von Innenfeuchtigkeit bis Wasser aufgrund von Temperatur-
und Druckwechseln, Stichwort Taupunkt-Wasserbildung. Bei preissensiblen
Anwendungen im Außenbereich
wird der Hohlkörper
des Anschluß-,
Schalt- und Verteilerkastens mit wasserabführenden Durchgangsbohrungen
versehen. In der Installationstechnik werden häufig – schutzartabhängig – diese
Bohrungen durch Filter poröser
Materialien, Labyrinthe, Schikanen oder Ventile ergänzt, um von
Außen
eindringendes Wasser abzuweisen. Bei Applikationen der Verkehrstechnik
hilft der teure, nicht umweltfreundliche Gehäuse-Innenverguß unter Luftabschluß. Eine
preiswerte, alternative Lösung stellt
die Schaffung von semipermeablen Gehäuseöffnungen dar. Hierbei werden
die Gehäuseöffnungen
durch Filter ergänzt,
die nur in einer Richtung eine Öffnung
durch Mikroporen aufweisen, auch Membranventile oder Druckausgleichselemente
genannt.
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Druckausgleichselemente
mit atmungsaktiver semipermeabler Durchführung in geschlossene Gehäuse wasser-
und explosionsgeschützter
Art und mit/ohne elektromagnetischer Abschirmung sind aus dem Stand
der Technik bekannt. Derartige Druckausgleichselemente werden für unterschiedlichste
Anwendungen benötigt
und sind entsprechend vielfältig ausgeformt.
Sie werden je Verwendungszweck aus Kunststoff und/oder Metall hergestellt,
enthalten zusätzliche
Scheiben und/oder Dichtungen/Dichtringe/Tüllen.
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Durchführungen
und/oder ihre Einzelteile sind genormt; in der Installationstechnik
werden Kabeldurchführungen
alter Bauart unter der Bezeichnung Panzerrohrgewinde (Pg)-Verschraubung
mit nichtmetrischem Gewinde, Pg7 ... Pg48, entsprechend neuer zugelassener
Bauart mit metrischem Gewinde M12 ... M63, gehandelt.
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Kabel-/Schlauchdurchführungen
bestehen aus einem Abschnitt Zylinder mit meist beidseitigem Gewinde
und einem Anschlag, der den dichtenden Abschluß zu einer Wandung bildet.
Zur Befestigung wird entweder der Abschluß mit der Wandung ver schraubt – der Abschluß enthält umlaufend
Bohrungen – oder
der Zylinder wird wandungsrück-/gehäuseseitig
mit einer Gegen-/Kontermutter verschraubt. Auf der Seite der Kabeleinführung gibt
es entweder eine Kabeltülle
mit Dichtung und Scheibe und/oder eine angespritzte oder lose Kabelkralle,
wobei das Kabel durch eine Hutmutter dichtend gequetscht wird, oder
auch eine Schraubschelle mit Dichtung und angespritztem Kabelbiegeschutz.
Zubehörteile sind
bekannt als Dichtungs-/Würgenippel
und Blindstopfen/Verschlußschrauben.
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Wird
die Kabel-/Schlauchdurchführung
ohne Kabel/Schlauch als Belüftungskanal
genutzt, erhält man
eine Gehäusedurchführung als
Druckausgleichsverschraubung, wobei der Luftdruckausgleich über ein
Druckausgleichselement mit einer semipermeablen Membran erfolgt.
Die semipermeable Membran ist atmungsaktiv, verhindert den Eintritt
von Feuchtigkeit/Wasser in das verkabelte und/oder mit Elektrik/Elektronik
ausgestattete Gehäuse
und erlaubt den Austritt von Feuchtigkeit/Wasser/-dampf aus dem
Gehäuse.
Die Dimensionierung der Druckausgleichsverschraubung bzw. des -elements
bzw. des Durch-/Auslaßvolumens
ist von den klimatischen Gegebenheiten im und um das verkabelte
und/oder mit Elektrik/Elektronik ausgestattete Gehäuse abhängig und
muß im
Einzelfall geprüft
werden.
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Die
Anwendungen erstrecken sich von Anschluß-, Schalt- und Verteilerkästen der
Installations-/Gerätetechnik
der Gebäudesystem-
und Anlagentechnik bis zu Anwendungen der Luft- und Raumfahrt, der
Verkehrstechnik sowie maritimen Anwendungen. Aufgrund der Vielfältigkeit
der Applikationen wird die obige, grobe Beschreibung nicht vertieft.
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Die
Hauptanmeldung offenbart eine Druckausgleichsverschraubung mit Druckausgleichselement
kleinen Bauvolumens und großer
Membranfläche
für möglichst
universellen Einsatz, die Vielzahl möglicher Arten von Druckausgleichsverschraubungen
und/oder -elementen zu reduzieren und damit die Herstellung und
die Lagerhaltung zu vereinfachen. Die erfindungsgemäße Druckausgleichsverschraubung ähnelt im äußeren Erscheinungsbild
der bekannten Kabeldurchführungs-Verschraubung
mit Panzerrohr (Pg)- oder metrischem Gewindeanschluß und einem
Außensechskant
nach gegebener Schlüsselweite.
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Die
Druckausgleichsverschraubung eignet sich zum Einschrauben in Gewindelöcher oder
zum Befestigen in Durchgangsbohrungen mit Federscheibe und Gewindemutter.
Die Dichtheit zur Gehäusewand
wird durch einen elastischen O-Ring hergestellt. Den atmungsaktiven
Teil bildet ein Druckausgleichselement, welches sich innerhalb der
Verschraubung befindet. Die Dimensionierung von Druckausgleichselement
und -verschraubung orientiert sich einerseits an den vorgesehenen
Durchbrüchen
von Panzerrohr (Pg)- und metrischem Gewindeanschluß in Schaltgehäusen und
richtet sich andererseits an der gegen Feuchtigkeit zu schützenden Applikation
sowie dem klimatischen Umfeld des Anbringungsorts.
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Feuchtigkeitsschutz
kann bei derartigen Anwendungen dadurch geboten werden, daß die Gehäuse mit
einem semipermeablen Durchlaß,
wie einem Filter, einem Labyrinth, einer Membran, einer Schikane
oder einem Ventil versehen werden. Die Hauptanmeldung sieht vor,
eine Kabeldurchführung durch
einen semipermeablen Durchlaß mit
Druckausgleichselement – der
Druckausgleichsverschraubung – zu
ersetzen.
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Die
Hauptanmeldung sieht außerdem
vor, daß die
Druckausgleichsverschraubung mit Druckausgleichselement kleinen
Bauvolumens und großer Membranfläche von
Außen
in das Gehäuse
dichtend gesteckt und von Innen mit einer Gegen-/Kontermutter verschraubt
oder von Außen
mit dem Gewinde der Gehäusebohrung
dichtend verschraubt wird. Dabei ist die Lage und ggfs. die Zugänglichkeit
des Druckausgleichselements Innen bzw. von Innen gegeben. Das bedeutet
weiterhin, daß der
Gehäuseinneneinrichtung
wesentlicher Raum für
die Kabelführung
oder Bauraum für
die Elektrik-/Elektronikausstattung verloren geht.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Druckausgleichsverschraubung
mit Druckausgleichselement kleinen Bauvolumens und großer Membranfläche zu schaffen,
die die obigen Nachteile der Hauptanmeldung verbessert.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird daher eine Druckausgleichsverschraubung mit Druckausgleichselement
kleinen Bauvolumens und großer Membranfläche vorgeschlagen,
die zusätzlich
einen Innenanschlag besitzt. Der Innenanschlag kann als Zylinderring
oder Außensechskant
ausgeprägt
sein. Entgegen der Hauptanmeldung erfolgt der Einbau von Innen nach
Außen.
Die Druckausgleichsverschraubung wird von Innen in das Gehäuse dichtend gesteckt
und von Außen
mit einer Gegen-/Kontermutter oder von Innen mit dem Gewinde der
Gehäusebohrung
dichtend verschraubt. Dabei ist die Zugänglichkeit des Druckausgleichselements
von Innen gegeben, jedoch befindet sich seine Lage im wesentlichen
im Außenraum
des Gehäuses.
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Die
mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen – neben der Verhinderung der
Bildung von Feuchtigkeitsniederschlag innerhalb geschlossener Räume – insbesondere
darin, daß das
Bauvolumen des Gehäuseinnenraums
nur durch den Innenanschlag gemindert wird und daß handelsübliche,
auf dem Installationsmarkt bekannte Teile verbaut werden und keine
zusätzlichen
Vorkehrungen getroffen werden müssen,
da derartige Anwendungen oft auf minimale räumliche und gewichtsmäßige Abmessungen
ausgelegt sind.
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Der
Gegenstand der Erfindung wird nachfolgend anhand der als Anlage
beigefügten
Zeichnungen weiter verdeutlicht. Es zeigen
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1 Perspektivische
Darstellung der Druckausgleichsverschraubung
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2 Zusammengebaute
Druckausgleichsverschraubung in Seitenansicht
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3 Schnitt
A-A der zusammengebauten Druckausgleichsverschraubung
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4 Schnitt
B-B der zusammengebauten Druckausgleichsverschraubung.
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Gleiche
und gleichwirkende Bestandteile der Ausführungsbeispiele sind in den
Figuren jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Die
Beschreibung der erfindungsgemäßen Einrichtung
wird fortgesetzt anhand der Erläuterungen
der Figuren.
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Wie
aus 1 ersichtlich, besteht die Druckausgleichsverschraubung
aus Oberteil 1, Mittelteil 2 und Unterteil 3 sowie
der Befestigungsmutter 28.
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Das
Oberteil 1 besteht aus dem zylinderförmigen Deckel mit dem hälftig ausgeprägten Lüftungskanal 11.
Die Stützrippen 12 dienen
als Abstandshalter für
die Bildung des Lüftungskanals.
Die Höhe
der Stützrippen
ist für
den Luftdurchfluß und -austritt
bestimmend.
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Weiterhin
ist eine Ausführungsform
des zwischen Ober- und Unterteil positionierten Mittelteils 2 der
Druckausgleichsverschraubung dargestellt. Diese besteht aus einem
hohlzylinderförmigen
metrischen Gewindestutzen 23 mit angespritztem, hälftigen
Lüftungskanal
in Zylinderbauform 24 und einem Zylinderring als Innenanschlag
oder als Außensechskant
mit Schlüsselweite
(nicht dargestellt) 21, die bündig mit der Schlüsselweite
der Befestigungsmutter 28 sein kann. Innerhalb des Zylinderrings
oder Außensechskants
mit Gewindestutzen bildet sich ein Innenzylinder 26, der
als Führungs-,
Stütz-
und Dichtfläche
für das
Druckausgleichselement dient; Zylinderring oder Außensechskant 21,
Innenzylinder 26 und Führung 27 bilden
die Aufnahme für
das Druckausgleichselement. Die Passung 25 dichtet das
eingesetzte Druckausgleichselement ab und die Abmessung des Innenzylinders
und dessen Bohrung 24 sind ein Maß für das Luftdurchflußvolumen.
Die Dichtung des Mittelteils 2 in der Gehäusewandung
erfolgt üblicherweise
durch einen über
den Gewindestutzen 23 gestülpten Dicht-/O-Ring 22 und
Verschraubung in Gewinde oder mit Federscheibe und Kontermutter (nicht
dargestellt).
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Darüber ist
eine Ausführungsform
des Unterteils 3 der Druckausgleichsverschraubung gegeben, welche
das Druckausgleichselement dargestellt. Das Druckausgleichselement
besteht im wesentlichen aus dem semipermeablen Filter/Membranventil 31, welcher
hier – der
größtmöglichen
Fläche
wegen – in Form
eines Sterns aufgespannt ist. Bei derartigen Filtern/Membranen handelt
es sich meist um ein Kunststoffmaterial aus Polymer/Polypropylen
(PP) oder expandiertem Polytetrafluoräthylen (PTFE), welches durch
seine symmetrische Porenstruktur hydrophobischen Charakter aufweist,
eine weite chemische Verträglichkeit
besitzt, für
Temperaturen zwischen -40°C ...
+125°C anwendbar
ist und bei einer Temperatur von 23°C eine Filter-/Membrandurchlässigkeit
von >10 ml/[min × cm2 × bar]
aufweist.
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Die
den/das Filter/Membranventil 31 haltenden und dichtenden
Teile sind eine obere Zylinderscheibe, Abschlußplatte 32 mit Bohrung 33,
deren Durchmesser auch luftdurchflußbestimmend ist. Abschlußplatte 32 muß dichtend
mit Passung 25 des Mittelteils 2 im Einklang stehen.
Die Dichtheit an dieser Stelle kann auch – oder auch zusätzlich – durch einen
eingelegten Dicht-/O-Ring 34 hergestellt werden.
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Weiterhin
gibt es eine weitere Zylinderscheibe, Bodenplatte 35 mit
einer Führung 39,
die entsprechend der Führung 27 des
Mittelteils 2 ausgeprägt ist.
Die Bodenplatte 35 ist darüber hinaus mit Durchbrüchen 38 versehen,
die die Zuluft zum Druckausgleichselement besorgen und damit ebenfalls
luftdurchflußbestimmend
sind.
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Der/das
Filter/Membranventil wird über
die Führungsstege,
außen, 36,
und die Führungsstege, innen, 37,
aufgespannt. Die Führungsstege
können unter
Berücksichtigung
von Fertigungsaspekten wahlweise auf der Abschluß- 32 oder Bodenplatte 35 montiert
sein. Die Anzahl der Zacken des Filter-/Membranventilsterns wird
durch die benötigte Filter-/Membranoberfläche bestimmt
und dadurch die Anzahl der Führungsstege
festgelegt.
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Die
Formgebung des Druckausgleichselements 3 ist mit der Formgebung
des Innenzylinders 26, Mittelteil 2, in Übereinstimmung.
Die einzelnen Teile der Baugruppe 'Druckausgleichselement' sind fest miteinander
gefügt;
die Fertigungsmethoden können
unterschiedlich sein, wie Rasten, Kleben, Reib-, Ultraschall-Schweißen, Schrauben,
Nieten, Umspritzen, etc.
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Die
Baugruppe 'Druckausgleichselement' kann fest mit dem
Mittelteil 2 verbunden als auch so ausgeprägt sein,
daß sie
austauschbar – wie
eine Filterpatrone – gestaltet
ist, Trennstelle Bodenplatte 35 mit Führung 39, 27 mit
einer Rast- oder Schraubverbindung, o.ä.
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Der
Luftdurchfluß vom
Gehäuseinnern
nach Außen
ist wie folgt gegeben über
Durchbrüche
Bodenplatte 38, Innenzylinder 26, semipermeablen/s Filter/Membranventil 31,
Bohrung in Abschlußplatte 33,
Innenzylinder 24 und Lüftungskanal/Stützrippen 11, 12.
Zwecks Optimierung des Luftdurchlasses bzw. Luftdruckabfalls sind
die entsprechenden geometrischen Parameter zu optimieren. Dementsprechend
verändern
sich die Höhen
von Druckausgleichselement und/oder Druckausgleichsverschraubung.
Die Maße
der Panzerrohr (Pg)- oder metrischen Gewinde der Druckausgleichsverschraubung der
Gehäuse
sind normiert in Tabellen nachschlagbar.
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2 zeigt
die zusammengebaute Druckausgleichsverschraubung in Seitenansicht
mit den angedeuteten Schnitten A-A und B-B. Der Zusammenbau der
Teile kann durch unterschiedliche Fertigungsmethoden oder in Baugruppen
erfolgen, wie Rasten, Kleben, Reib-, Ultraschall-Schweißen, Schrauben,
Nieten, Umspritzen, etc. Weiterhin kann auch das Mittel- 2 und
Unterteil 3 durch entsprechende Vormontage und -behandlung
1-stückig
werden (ohne Befestigungsmutter 28).
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3 zeigt
den Schnitt A-A der zusammengebauten Druckausgleichsverschraubung.
Deutlich ist hier der Verlauf des Luftstroms durch die Druckausgleichsverschraubung
von Außen
nach Innen auszumachen. Der Lüftungskanal 11, 12,
der Innenzylinder 24, die Bohrung 33, der semipermeable
Filter/Membran 31, die Innenfläche des Gewindestutzens 26 sowie
die Durchbrüche 38 bilden
die Entlüftung
der Druckausgleichsverschraubung und bestimmen dessen Luftdurchfluß in Abhängigkeit
von Druck und Temperatur.
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4 zeigt
den Schnitt B-B der zusammengebauten Druckausgleichsverschraubung.
Die Anordnung des mehrzackigen semipermeablen Filter-/Membranventilsterns
des Druckausgleichselements 3 ist hier deutlich auszumachen.
Die Anzahl und die Gestaltung der Zacken bestimmen u.a. die Fläche des
Filters/Membranventils 31 ebenso wie die Innen- und Außendurchmesser
für die
Positionierung der Führungsstege 36, 37.
Auch ist für
die Form des Filters/Membranventils der Übergang von einer Zackenform
in eine Wellenform denkbar. Statt der zylindrischen Anordnung garantiert
eine leicht konische Form den Wasserabfluß in jeder Einbaulage.
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Kabeldurchführungen
werden üblicherweise nach
dem metrischen Gewinde des Befestigungsstutzens 23 gehandelt
unter Angabe der möglichen Schlüsselweite
des Außensechskants 21, 28.
Gegenüber
konventionellen Kabeldurchführungen
muß bei
der Druckausgleichsverschraubung die Querschnittsfläche bzw.
der Durchmesser und das Gewindemaß des Stutzens 23 berücksichtigt
werden, die von dem geforderten Luftdurchfluß abhängig sind. Auch hier werden
sich Normreihen von metrischen Gewindestutzen, Querschnittsflächen und
Schlüsselweiten
entwickeln.
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Eine
weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß es sich
bei dem Gewinde des Gewindestutzens nicht zwingend um metrisches
Gewinde handeln muß,
so daß die
erfinderische Neuheit auch als Ersatz-/Ergänzungs-Bauteil Verwendung findet.
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Eine
weitere Ausprägungsform
der erfinderischen Neuheit ist dadurch gegeben, daß der Gewindestutzen
des Unterteils nicht geschraubt sondern rastbar haltend, durch Dicht-/O-Ring
gedichtet mit der Wandung des Gehäuses verbunden wird. Auch sind
andere Verbindungsformen möglich,
wie Kleben, Reib-, Ultraschall-Schweißen, Umspritzen, etc.
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Ein
weiterer Anwendungsbezug der/s Druckausgleichsverschraubung/-elements
liegt darin, daß der/das
semipermeable Filter/Membranventil unterschiedliche Porosität/Durchgangszahlen
aufweisen und damit für
unterschiedliche Stoffe wirksam sind.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich dadurch,
daß die/das
Druckausgleichsverschraubung/-element in ihrer/seiner Montage keiner
Lageeinbauvorschrift unterliegt. Schutz vor dem Eindringen von Schmutzpartikeln
oder Wasser ist gegeben; auch bei Über-Kopf-Montage ist durch
abgeschrägte
Kanten oder konischer statt zylindrischer Formgebung der Ablauf
von Wasser möglich.
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Eine
weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Druckausgleichsverschraubung
als aneinanderreihbare Druckausgleichsverschraubung im Schaltschrankbau
Verwendung findet.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Druckausgleichsverschraubung kostengünstig in
Serie hergestellt werden, entsprechend auch das Druckausgleichselement,
welches auch als Wiederverwendungsteil Einsatz finden kann.
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Je
nach gewünschter
Durchflußrichtung kann
die Druckausgleichsverschraubung von Innen nach Außen zeigend
oder umgekehrt montiert werden.
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Feuchtigkeitsbenetzbare
Stellen der Druckausgleichsverschraubung sollten so bemessen sein, daß Wassertropfen
sich nicht auf Grund von Oberflächenspannungen
halten können.
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Eine
weitere Ausprägung
der Erfindung sieht vor, daß der
Luftdurchfluß der
Druckausgleichsverschraubung mehrkanalig angelegt sein kann und
entsprechend durch Mehrfachfilterung abgeschlossen ist.
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Die
zahlreichen Möglichkeiten
und Vorteile der Ausgestaltung der Erfindung spiegeln sich in der Anzahl
der Schutzrechtsansprüche
wider.
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- 1
- Oberteil
Druckausgleichsverschraubung
- 11
- Deckel
mit Lüftungskanal,
zylinderförmig
- 12
- Stützrippe,
durchflußbestimmend
- 2
- Mittelteil
Druckausgleichsverschraubung
- 21
- Zylinderring
oder Außensechskant
Innenanschlag
- 22
- Dicht-/O-Ring
(nicht dargestellt)
- 23
- Gewindestutzen
- 24
- Innenzylinder,
oben, durchflußbestimmend
- 25
- Passung,
oben, für
Druckausgleichselement
- 26
- Innenzylinder,
unten, durchflußbestimmend
- 27
- Führung, unten,
für Druckausgleichselement
- 28
- Befestigungsmutter
(wahlweise)
- 3
- Unterteil
Druckausgleichsverschraubung/Druckausgleichselement
- 31
- Semipermeable/r
Filter/Membran, durchflußbestimmend
- 32
- Abschlußplatte
für Filter/Membran,
dichtend (wahlweise Pos. 34)
- 33
- Bohrung
in Abschlußplatte,
durchflußbestimmend
- 34
- Dicht-/O-Ring
(nicht dargestellt)
- 35
- Bodenplatte
für Filter/Membran
- 36
- Führungsstege,
außen,
für Filter/Membran
- 37
- Führungsstege,
innen, für
Filter/Membran
- 38
- Durchbrüche Bodenplatte,
durchflußbestimmend
- 39
- Führung Bodenplatte