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Feld der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Gerät und eine Vorrichtung, insbesondere ein Fahrzeug, gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.
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Stand der Technik
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Die
CH 294468 zeigt einen Dampfwasserableiter mit einer Regulier- und Absperrvorrichtung.
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Die
GB 1 172 170 A zeigt eine thermostatische Kontrolleinheit.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Kern der Erfindung bei dem elektrischen Gerät aufweisend ein Gehäuse, insbesondere ein Kunststoffgehäuse, und eine Wärmequelle, wobei das Gehäuse die Wärmequelle gehäusebildend umgibt, besteht darin, dass das Gehäuse eine Öffnung aufweist, die mittels eines innerhalb des Gehäuses angeordneten Ventils reversibel verschließbar ist.
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Hintergrund der Erfindung ist, dass aufgrund der Erwärmung des Innenraums des Gehäuses durch die Wärmequelle die absolute Luftfeuchtigkeit innerhalb des Gehäuses ansteigt. Durch das Öffnen des Ventils wird ein Luftaustausch mit der Umgebungsluft des Gehäuses ermöglicht, durch den die absolute Luftfeuchtigkeit innerhalb des Gehäuses wieder sinkt. Beim Abkühlen der Wärmequelle kann das Ventil wieder geschlossen werden und das elektrische Gerät ist vor eindringenden Fremdstoffen geschützt. Somit ist eine Betauung im Inneren des Gehäuses beim Absinken der Temperatur vermeidbar. Das elektrische Gerät ist vor Kurzschlüssen geschützt.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Ventil einen Auslenkabschnitt auf, wobei der Auslenkabschnitt als thermomechanisches Element ausgeführt ist, insbesondere als bimetallisches Element. Dadurch ist das Ventil passiv ausführbar und benötigt keine zusätzliche Steuereinheit. Das Ventil öffnet selbsttätig sobald die Temperatur im Inneren des Gehäuses eine erste Temperatur überschreitet, ab der der Auslenkabschnitt sich verformt.
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Von Vorteil ist es dabei, wenn das Ventil einen Dichtungsabschnitt aufweist, wobei die Öffnung mittels des Dichtungsabschnitts zumindest teilweise überdeckbar ist, und/oder wobei der Dichtungsabschnitt zumindest teilweise in die Öffnung einführbar ist. Somit ist die Größe der freien Öffnung, also dem Teil der Öffnung der nicht mittels des Dichtungsabschnitts verschlossen ist, einstellbar und damit ein Fluidstrom aus dem Gehäuse regelbar. Dabei nimmt die Größe der freien Öffnung mit steigender Temperatur zu.
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Weiterhin ist es von Vorteil, wenn der Dichtungsabschnitt an dem Auslenkabschnitt angeordnet ist und sich von dem Auslenkabschnitt zu der Öffnung hin erstreckt. Der Dichtungsabschnitt ist also bei geschlossenen Ventil zwischen dem Auslenkabschnitt und dem Gehäuse angeordnet. Dadurch ist der Dichtungsabschnitt mittels des Auslenkabschnitts in beziehungsweise auf die Öffnung pressbar.
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Vorteilhafterweise ist an dem Dichtungsabschnitt ein elastisches Dichtmittel angeordnet. Mittels des elastischen Dichtmittels ist das Gehäuse fluiddicht verschließbar.
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Von Vorteil ist es zudem, wenn der Dichtungsabschnitt einen zu dem Gehäuse hin abnehmenden Querschnitt aufweist, insbesondere wobei der Dichtungsabschnitt zumindest teilweise kegelförmig ist. Dadurch ist das Einführen des Dichtungsabschnitts in die Öffnung erleichtert. Je tiefer der Dichtungsabschnitt in die Öffnung eingeführt wird, desto kleiner wird die freie Öffnung und der Fluidstrom nimmt ab.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das elektrische Gerät eine Leiterplatte auf. Auf der Leiterplatte ist eine Steuerung des elektrischen Geräts anordenbar. Vorteilhafterweise ist die Leiterplatte vor einer Betauung und einem daraus resultierenden Kurzschluss geschützt.
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Vorteilhafterweise ist das elektrische Gerät als elektrischer Energiespeicher ausgeführt. Ein elektrischer Energiespeicher weist eine elektrische Energiespeicherzelle auf. Die elektrische Energiespeicherquelle emittiert Wärme, wenn sie geladen oder entladen wird. Dadurch verdampft in dem Kunststoffgehäuse des elektrischen Energiespeichers eingelagerte Feuchtigkeit und die absolute Luftfeuchtigkeit im elektrischen Energiespeicher steigt an. Sobald eine erste Temperatur erreicht wird, öffnet das Ventil und die absolute Feuchtigkeit im elektrischen Energiespeicher sinkt wieder. Somit ist eine Betauung im Inneren des elektrischen Energiespeichers vermeidbar. Dadurch kann beispielsweise ein Kurzschluss verhindert werden.
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Der Kern der Erfindung bei der Vorrichtung, insbesondere dem Fahrzeug, ist, dass die Vorrichtung ein elektrisches Gerät, insbesondere einen elektrischen Energiespeicher, wie zuvor beschrieben beziehungsweise nach einem der auf das elektrische Gerät bezogenen Ansprüche, aufweist.
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Hintergrund der Erfindung ist, dass das elektrische Gerät vor Kurzschlüssen geschützt wird und somit ein kritischer Zustand der Vorrichtung verhindert werden kann.
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Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
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Figurenliste
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Im folgenden Abschnitt wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen, aus denen sich weitere erfinderische Merkmale ergeben können, auf die die Erfindung aber in ihrem Umfang nicht beschränkt ist, erläutert. Die Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen dargestellt.
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Es zeigen:
- 1 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen elektrischen Geräts 5 bei einer Innentemperatur, die kleiner ist als eine erste Innentemperatur T1;
- 2 eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen elektrischen Geräts 5 bei einer Innentemperatur, die größer ist als die erste Innentemperatur T1, und
- 3 einen Vergleich der zeitlichen Abhängigkeit der Innentemperatur T des elektrischen Geräts 5, der äußeren absoluten Feuchtigkeit Fa, der inneren absoluten Feuchtigkeit Fiv des erfindungsgemäßen elektrischen Geräts 5 mit der inneren absoluten Feuchtigkeit Fio eines elektrischen Geräts ohne Ventil.
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Das in 1 und 2 dargestellte elektrische Gerät 5 weist ein Gehäuse 1, eine Wärmequelle 7, insbesondere eine elektrische Energiespeicherzelle, eine Leiterplatte 8 und ein Ventil 6 auf. In dem Gehäuse 1 ist eine Öffnung 3, die mittels des Ventils 6 verschließbar ist, angeordnet. Das Gehäuse 1 ist als Kunststoffgehäuse ausgeführt.
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Das Ventil 6 weist einen Dichtungsabschnitt 4, ein Dichtmittel und einen Auslenkabschnitt 2 auf. Der Dichtungsabschnitt 4 erstreckt sich von dem Auslenkabschnitt 2 zu dem Gehäuse 1, vorzugsweise ist der Dichtungsabschnitt 4 als Vorsprung auf dem Auslenkabschnitt 2 ausgeführt. Dabei weist der Dichtungsabschnitt 4 einen Querschnitt auf, der sich von dem Auslenkabschnitt 2 zu dem Gehäuse 1 hin verjüngt. Vorzugsweise weist der Dichtungsabschnitt 4 einen runden Querschnitt auf. Der Dichtungsabschnitt 4 ist zumindest teilweise kegelförmig ausgeführt.
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Das Dichtmittel ist an dem Dichtungsabschnitt 4 angeordnet. Die Öffnung 3 in dem Gehäuse 1 ist mittels des Dichtungsabschnitts 4 fluiddicht verschließbar. Dabei ist das Dichtmittel zwischen dem Dichtungsabschnitt 4 und dem Gehäuse 1 in der Öffnung 3 angeordnet. Das Dichtmittel ist elastisch ausgeführt, beispielsweise aus Gummi und/oder Kunststoff.
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Mittels des Auslenkabschnitts 2 kann das Ventil 6 reversibel geöffnet werden. Dazu wird der Auslenkabschnitt 2 ausgelenkt relativ zu der Öffnung 3 in dem Gehäuse 1, so dass die Öffnung 3 mittels des Dichtungsabschnitts 4 geschlossen oder geöffnet ist. Der Auslenkabschnitt 2 wird temperaturabhängig ausgelenkt. Unterhalb einer ersten Temperatur T1 ist der Auslenkabschnitt 2 gerade und der Dichtungsabschnitt 4 verschließt die Öffnung 3, siehe 1. Oberhalb der ersten Temperatur ist der Auslenkabschnitt 2 ausgelenkt, insbesondere gebogen, und der Dichtungsabschnitt 4 ist von der Öffnung 3 beabstandet, siehe 2. Dabei wird der Auslenkabschnitt 2 mit zunehmender Temperatur T zunehmend ausgelenkt, so dass eine Überdeckung der Öffnung 3 mittels des Dichtungsabschnitts 4 mit zunehmender Temperatur T abnimmt.
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Der Auslenkabschnitt 2 ist als thermomechanisches Element, insbesondere aus einem Bimetall, ausgeführt, das sich ab der ersten Temperatur T1 verformt.
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Der Auslenkabschnitt 2 erstreckt sich von einer Innenwandung des Gehäuses 1 in den Innenraum des Gehäuses 1 hinein. Der Dichtungsabschnitt 4 ist mit dem Gehäuse 1 verbunden. An einem von dem Gehäuse 1 beabstandeten Endbereich des Auslenkabschnitts 2 ist der Dichtungsabschnitt 4 angeordnet.
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Das Gehäuse 1 umgibt die Wärmequelle 7, die Leiterplatte 8 und das Ventil 6 gehäusebildend. Das Ventil 6 öffnet und schließt also in Abhängigkeit von der Innentemperatur T des elektrischen Geräts 5.
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In 3 ist die zeitliche Abhängigkeit der Innentemperatur T des elektrischen Geräts 5 dargestellt, dessen Innenraum mittels der Wärmequelle 7 erwärmt wird. Des Weiteren ist die äußere absolute Feuchtigkeit Fa und die aus der Erwärmung resultierende innere absolute Feuchtigkeit Fiv des erfindungsgemäßen elektrischen Geräts 5 als Funktion der Zeit t dargestellt. Zum Vergleich ist die resultierende innere absolute Feuchtigkeit Fio eines elektrischen Geräts ohne Ventil als Funktion der Zeit t dargestellt.
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Nach dem Einschalten der Wärmequelle 7 steigt die Innentemperatur T mit der Zeit t an, zwischen der Ausgangstemperatur, insbesondere der Außentemperatur, und einer maximalen Temperatur Tm weist der zeitliche Verlauf der Innentemperatur T einen ersten Sattelpunkt auf. Nach Erreichen der maximalen Temperatur Tm zu einem zweiten Zeitpunkt t2 wird die Wärmequelle 7 abgeschaltet und die Innentemperatur T fällt wieder ab auf die Ausgangstemperatur. Zwischen der maximalen Temperatur Tm und der Ausgangstemperatur weist der zeitliche Verlauf der Innentemperatur T einen zweiten Sattelpunkt auf.
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Die innere absolute Feuchtigkeit Fio des elektrischen Geräts ohne Ventil steigt mit der Zeit t und zunehmender Innentemperatur T an und fällt, nachdem die Innentemperatur T ihre maximale Temperatur Tm überschritten hat, also nach dem zweiten Zeitpunkt t2 zeitlich verzögert ab. Dies wird dadurch verursacht, dass das Kunststoffgehäuse Feuchtigkeit an die Innenluft abgibt, wenn die relative Luftfeuchte bei steigender Temperatur sinkt. Diese zeitliche Verzögerung bewirkt, dass zwischen einem dritten Zeitpunkt t3 und einem vierten Zeitpunkt t4 die Luft im inneren des elektrischen Geräts 5 kondensiert und eine Betauung an der Innenwand des Gehäuses 1 und/oder der Leiterplatte 8 auftritt.
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Die innere absolute Feuchtigkeit Fiv des erfindungsgemäßen elektrischen Geräts 5 steigt mit steigender Innentemperatur T an bis zu einem ersten Zeitpunkt t1, an dem die Innentemperatur T die erste Temperatur T1 erreicht hat. Dadurch öffnet sich das Ventil 6, so dass ein Austausch der Luft im Innenraum des Gehäuses 1 mit der Außenluft ermöglicht wird. Dadurch fällt die innere absolute Feuchtigkeit Fiv des erfindungsgemäßen elektrischen Geräts 5 ab und nähert sich der äußeren absoluten Feuchtigkeit Fa an. Sobald die Innentemperatur T die erste Temperatur T1 wieder unterschreitet, schließt das Ventil 6 wieder.
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Die äußere absolute Feuchtigkeit Fa, insbesondere der das elektrische Gerät 5 umgebenden Luft, ist zeitlich konstant.
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Vorzugsweise ist das elektrische Gerät 5 als elektrischer Energiespeicher ausgeführt, der zumindest eine elektrische Energiespeicherzelle und/oder eine Steuereinheit mit einer Leiterplatte 8 als Wärmequelle 7 aufweist.
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Unter einem elektrischen Energiespeicher wird hierbei ein wiederaufladbarer Energiespeicher verstanden, insbesondere aufweisend eine elektrochemische Energiespeicherzelle und/oder ein Energiespeichermodul aufweisend zumindest eine elektrochemische Energiespeicherzelle und/oder ein Energiespeicherpack aufweisend zumindest ein Energiespeichermodul. Die Energiespeicherzelle ist als lithiumbasierte Batteriezelle, insbesondere Lithium-Ionen-Batteriezelle, ausführbar. Alternativ ist die Energiespeicherzelle als Lithium-Polymer-Batteriezelle oder Nickel-Metallhydrid-Batteriezelle oder Blei-Säure-Batteriezelle oder Lithium-Luft-Batteriezelle oder Lithium-Schwefel-Batteriezelle ausgeführt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- CH 294468 [0002]
- GB 1172170 A [0003]
- US 4494692 A [0004]
