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Die Erfindung betrifft eine Elektronikbaugruppe nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Stand der Technik
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In
DE 10 2015 204 678 A1 ist ein Batteriekonditionierungssystem beschrieben, das zur Entfeuchtung eines Batteriesystems ausgelegt ist und ein Sorptionsmittel aufweist, das eine reversible Sorption bewirkt. Durch das Sorptionsmittel kann beispielsweise Wasser in Form von Feuchte, welche aus der Umgebungsluft in das Batteriesystem gelangen könnte, aus der Atmosphäre im Inneren des Batteriesystems entzogen und das Batteriesystem auf diese Weise entfeuchtet werden. So kann eine Bildung von Kondenswasser, welche ansonsten gegebenenfalls an gekühlten Oberflächen stattfinden könnte, vermieden werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektronikbaugruppe mit den Merkmalen von Anspruch 1. Dadurch kann die Feuchtigkeit in dem Innenraum zuverlässig und wartungsfrei eingestellt werden. Ein Einsatz und Austausch eines Sorptionsmittels kann entfallen. Die Elektronikbaugruppe kann kostengünstiger und zuverlässiger ausgeführt werden und aufwendige Abdichtungen können eingespart werden. Der Energieverbrauch zur Einstellung der Feuchtigkeit in dem Innenraum kann verringert werden.
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Die Elektronikbaugruppe kann ein Steuergerät, eine Kamera, ein Sensor, eine Batterie und/oder einen Elektromotor aufweisen. Die Elektronikbaugruppe kann in einem Fahrzeug, einem elektrisch betriebenen Werkzeug, einem Haushaltsgerät oder in einem Automatisierungssystem eingebaut sein. Das Fahrzeug kann ein Kraftfahrzeug, ein Zweiradfahrzeug, ein Lastkraftfahrzeug oder ein Fahrrad sein. Die Elektronikbaugruppe kann in einem Luftfahrzeug eingebaut sein.
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Das Elektronikbauteil kann ein elektronisches Bauelement, insbesondere umfassend ein Logikelement, ein elektrischer Energiespeicher und/oder ein beliebiges eine elektrische Spannung aufweisendes, verarbeitendes und/oder bereitstellendes Bauteil sein.
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Die Elektronikbaugruppe kann einen Stecker zur Übertragung elektrischer Energie und/oder Informationen aufweisen. Der Stecker kann an dem Gehäuse angeordnet sein. Der Stecker kann über eine Dichtung an dem Gehäuse abdichtend aufgenommen sein.
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Das Gehäuse kann das Elektronikbauteil vor äußeren Einflüssen, beispielsweise Witterungseinflüssen, Temperatureinflüssen, mechanischen, elektrischen und/oder magnetischen Einflüssen, schützen. Das Gehäuse kann aus Kunststoff und/oder Metall aufgebaut sein.
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Das Gehäuse kann mit einer gasförmigen Atmosphäre, beispielsweise Luft, befüllt sein. Die Feuchtigkeit in dem Innenraum kann eine Luftfeuchtigkeit sein.
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Die Feuchtevorrichtung kann wirksam zwischen dem Innenraum und der Umgebung angeordnet sein. Die Feuchtevorrichtung kann in einer Gehäusewand des Gehäuses angeordnet sein. Die Feuchtevorrichtung kann einerseits in Verbindung mit der Atmosphäre der Umgebung und der Atmosphäre des Innenraums stehen.
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Die elektroosmotische Durchlassvorrichtung ist auf Elektroosmose wirkend aufgebaut. Dabei bildet sich an einer Grenzschicht, beispielsweise einer Poreninnenfläche einer Pore in der Membran, eine elektrochemische Doppelschicht mit jeweils getrennt geladenen Schichten aus. Eine dieser Schichten zeichnet sich durch bewegliche hydratisierte Ionen aus. Über das elektrische Feld wird durch die Coulombkraft eine gerichtete Bewegung der hydratisierten Ionen entlang der Grenzschicht ausgelöst.
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Der Feuchtestrom kann unabhängig von einer Belüftung und einem Feuchtigkeitsunterschied zwischen dem Innenraum und der Umgebung sein. Der Feuchtestrom kann über die elektroosmotische Durchlassvorrichtung von dem Innenraum zu der Umgebung oder von der Umgebung zu dem Innenraum eingestellt sein. Die Feuchtevorrichtung kann eine Entfeuchtungsvorrichtung zur Entfeuchtung des Innenraums und/oder eine Befeuchtungsvorrichtung zur Befeuchtung des Innenraums sein.
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Die Membran kann einen Luftdruckausgleich zwischen dem Innenraum und der Umgebung umsetzen. Dadurch kann Luftfeuchtigkeit von der Umgebung in den Innenraum gelangen. Die Feuchtigkeit kann bei niedrigeren Temperaturen zu Kondensation von Wasser führen, das die Elektronikbauteile innerhalb des Innenraums beeinträchtigen kann. Beispielsweise kann dadurch ein Kurzschluss oder eine Benetzung optischer Elemente entstehen, durch die die Funktion gestört wird.
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Die Membran kann mehrere den Innenraum mit der Umgebung fluidisch verbindende Poren aufweisen. Eine Innenfläche der Poren kann die Grenzschicht bilden. Die Membran kann porös oder mikroporös ausgeführt sein. Die Poren können einen runden, ovalen oder eckigen Querschnitt aufweisen. Die Poren können auf kürzestem Weg zwischen der Membranaußenseite und der Membraninnenseite erstrecken. Auch können die Poren eine Längserstreckung in Bezug auf den Feuchtestrom aufweisen, die größer ist als ein Abstand zwischen der Membranaußenseite und der Membraninnenseite.
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Die Membran kann auf einer der Umgebung zugewandten Seite durch eine wasserdampfdurchlässige und/oder wasserdurchlässige Schutzvorrichtung vor mechanischen Beschädigungen geschützt sein. Die Schutzvorrichtung kann ein Abdeckgitter aufweisen. Die Schutzvorrichtung kann einen Deckel mit Durchgangsöffnungen aufweisen.
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Die Membran kann künstlich synthetisiertes Zeolith mit einer negativ geladenen Oberfläche in Wasser oder aktiviertes Aluminiumoxid mit einer positiv geladenen Oberfläche in Wasser aufweisen. Die Membran kann aus einem Polymer aufgebaut sein.
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Die Durchlassvorrichtung kann wenigstens dreilagig aufgebaut sein, mit der Membran als Zentralschicht, einer das elektrische Leitungsmittel bildenden Elektrodenschicht auf einer Membranoberfläche und einer Elektrodenschicht auf einer gegenüberliegenden Membranoberfläche.
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Das Leitungsmittel kann gitterartig auf wenigstens einer Membranoberfläche angeordnet sein. Die elektrische Energie zum Betrieb des elektrischen Leitungsmittels kann durch einen elektrischen Energiespeicher bereitgestellt werden. Der elektrische Energiespeicher kann die elektrische Energie aus Solarenergie, beispielsweise über eine Photovoltaikvorrichtung, die der Elektronikbaugruppe zugeordnet sein kann, beziehen. Der elektrische Energiespeicher kann wiederaufladbar sein. Die elektrische Energie zum Betrieb des elektrischen Leitungsmittels kann von außerhalb der Elektronikbaugruppe, beispielsweise über den Stecker, bereitgestellt werden.
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Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn der Feuchtestrom und die Durchlassrichtung von einem das elektrische Feld aufbauenden elektrischen Potentialunterschied zwischen der Membranaußenseite und der Membraninnenseite der Membran abhängig ist. Die Durchlassrichtung kann abhängig von dem elektrischen Feld umkehrbar sein.
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Bei einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass der elektrische Potentialunterschied abhängig von einer elektrischen Spannung des Leitungsmittels ist. Die elektrische Spannung kann eine Niedervoltspannung sein. Die elektrische Spannung kann zwischen 1 V und 12 V liegen. Die elektrische Spannung kann eine Gleichspannung und/oder Wechselspannung sein. Die elektrische Spannung kann gepulst sein.
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Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn die Membran abhängig von dem elektrischen Feld jeweils in Bezug auf den Feuchtetransport eine Durchlässigkeit in die Durchlassrichtung und eine Barriere in eine entgegengesetzte Sperrrichtung aufbaut. Dadurch kann der Feuchtstrom in eine gewünschte Richtung gesteuert werden. Bevorzugt weist der Feuchtestrom zur Entfeuchtung des Innenraums von dem Innenraum in Richtung der Umgebung und zur Befeuchtung des Innenraums von der Umgebung zu dem Innenraum.
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Bei einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass das elektrische Leitungsmittel eine elektrisch leitfähige Beschichtung auf der Membran ist. Die Beschichtung kann form-, kraft- und/oder stoffschlüssig mit der Membran verbunden sein. Die Beschichtung kann aus Kunststoff und/oder Metall aufgebaut sein. Eine Beschichtungsdicke der Beschichtung kann zwischen 10 nm und 50 µm liegen.
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Bei einer speziellen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn das elektrische Leitungsmittel sowohl auf der Membranaußenseite als auch auf der Membraninnenseite aufgebracht ist. Die Beschichtung auf der Membranaußenseite kann gleich aufgebaut sein wie die Beschichtung auf der Membraninnenseite. Das elektrische Leitungsmittel kann eine auf der Membranaußenseite angeordnete Elektrode und eine auf der Membraninnenseite angeordnet Elektrode aufweisen. Das elektrische Feld kann zwischen den beiden Elektroden aufgebaut sein.
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Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn die Membran mehrere die Membraninnenseite mit der Membranaußenseite fluidisch verbindende Poren mit jeweils einem mittleren Porendurchmesser aufweist, wobei der mittlere Porendurchmesser wenigstens fünfmal kleiner als ein Abstand zwischen der Membranaußenseite und der Membraninnenseite ist. Der mittlere Porendurchmesser kann zwischen 0,2 nm und 50 µm liegen.
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Bei einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass das elektrische Leitungsmittel mit den Poren der Membran fluchtend ausgerichtete Durchlassöffnungen aufweist. Dadurch kann der Feuchtestrom das elektrische Leitungsmittel durchströmen und der Feuchtetransport sichergestellt werden.
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Bei einer vorzugsweisen Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Membran auch bei ausbleibendem elektrischen Feld wasserundurchlässig ausgeführt ist. Dadurch kann der Energiebedarf zur Trockenhaltung des Innenraums verringert werden. Die Membran kann sowohl in Bezug auf eine Richtung von der Umgebung zu dem Innenraum als auch von dem Innenraum zu der Umgebung wasserundurchlässig sein.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist vorteilhaft, bei der die Elektronikbaugruppe in dem Innenraum einen Feuchtesensor aufweist, wobei das elektrische Feld abhängig von einem die Feuchtigkeit in dem Innenraum kennzeichnenden Messwert des Feuchtesensors eingestellt ist. Der Messwert kann ein analoges Messsignal oder ein digitales Messsignal sein. Das elektrische Feld kann über die anliegende elektrische Spannung an dem Leitungsmittel abhängig von dem Feuchtegrad in dem Innenraum eingestellt werden. Dadurch kann die Einstellung der Feuchtigkeit in dem Innenraum bedarfsabhängig erfolgen und der Energieverbrauch der Feuchtevorrichtung verringert werden.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Figurenbeschreibung und den Abbildungen.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Abbildungen ausführlich beschrieben. Es zeigen im Einzelnen:
- 1: Einen Querschnitt einer Elektronikbaugruppe in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung.
- 2: Eine schematische Detailansicht einer Durchlassvorrichtung in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung.
- 3: Einen Querschnitt einer Durchlassvorrichtung in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung.
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1 zeigt einen Querschnitt einer Elektronikbaugruppe in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung. Die Elektronikbaugruppe 10 umfasst ein Gehäuse 12, das eine Umgebung 14 von einem Innenraum 16 abgrenzt. In dem Innenraum 16 ist wenigstens ein Elektronikbauteil 18, hier eine Leiterplatte 20, angeordnet. Die Leiterplatte 20 ist mit einem Stecker 22 elektrisch verbunden. Der Stecker 22 ist an dem Gehäuse 12 befestigt. Eine Dichtung 24 zwischen dem Stecker 22 und dem Gehäuse 12 dichtet den Innenraum 16 gegenüber der Umgebung 14 ab. Der Stecker 22 bildet eine elektrische Schnittstelle der Elektronikbaugruppe 10 zu der Umgebung 14. Ein Feuchtesensor 26 ist elektrisch mit der Leiterplatte 20 verbunden und ist eingerichtet, eine Feuchtigkeit in dem Innenraum 16 zu messen und als Messwert auszugeben. Der Feuchtesensor 26 kann mechanisch mit der Leiterplatte 20 verbunden sein.
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Die Elektronikbaugruppe 10 weist eine Feuchtevorrichtung 28 zur Verringerung einer Feuchtigkeit in dem Innenraum 16 auf. Der Innenraum 16 ist insbesondere mit Luft befüllt und die Feuchtigkeit ist eine Luftfeuchtigkeit. Die Feuchtevorrichtung 28 besteht aus einer elektroosmotischen Durchlassvorrichtung 30, die einen Feuchtetransport von dem Innenraum 16 zu der Umgebung 14 über einen in eine Durchlassrichtung 32 gerichteten Feuchtestrom 34 bewirkt. Die Durchlassvorrichtung 30 umfasst eine wasserdampfdurchlässige Membran 36 und ein elektrisches Leitungsmittel 38 gebildet.
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Die Membran 36 ist in einer Gehäusewand 40 des Gehäuses 12 angeordnet und weist eine der Umgebung 14 zugewandte Membranaußenseite 42 und eine gegenüberliegende, dem Innenraum 16 zugewandte Membraninnenseite 44 auf. In der Membran 36 sind mehrere Poren eingebracht die eine fluidische Verbindung zwischen der Membraninnenseite 44 und der Membranaußenseite 42 bereitstellen.
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Der Feuchtestrom 34 durch die Membran 36 ist abhängig von einem elektrischen Feld des elektrischen Leitungsmittels 38. Dabei ist die Durchlassrichtung 32 und der Betrag des Feuchtestroms 34 von dem elektrischen Feld abhängig.
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Das elektrische Leitungsmittel 38 ist elektrisch mit der Leiterplatte 20 verbunden. Das elektrische Feld des elektrischen Leitungsmittels 38 wird abhängig von einer elektrischen Spannung an dem elektrischen Leitungsmittel 38 eingestellt. Das elektrische Feld wird über die elektrische Spannung insbesondere abhängig von dem Messwert des Feuchtesensors 26 eingestellt, um eine bedarfsabhängige Feuchteeinstellung in dem Innenraum 16 umzusetzen. Dadurch kann der Energieverbrauch für die Einstellung der Feuchtigkeit in dem Innenraum 16 verringert werden.
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2 zeigt eine schematische Detailansicht einer Durchlassvorrichtung in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung. Die Durchlassvorrichtung 30 ist aus einer mehrere Poren 46 aufweisenden Membran 36 und einem elektrischen Leitungsmittel 38 aufgebaut. Das elektrische Leitungsmittel 38 ist beispielsweise als eine Elektrode bildende elektrisch leitfähige Beschichtung 48 auf der umgebungsseitigen Membranaußenseite 42 und als weitere leitfähige Beschichtung 48 auf der dem Innenraum 16 zugewandten Membraninnenseite 44 ausgeführt. Eine elektrische Spannung U an dem elektrischen Leitungsmittel 38, das beispielsweise über eine elektrische Verbindung 50 mit einer elektrischen Spannungsquelle 52 verbunden ist, bewirkt einen elektrischen Potentialunterschied zwischen den Elektroden und damit der Membranaußenseite 42 und der Membraninnenseite 44 und ein dazwischen anliegendes elektrisches Feld E.
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Der Feuchtestrom 34 und die Durchlassrichtung 32 sind von dem elektrischen Potentialunterschied zwischen der Membranaußenseite 42 und der Membraninnenseite 44 der Membran 36 abhängig. Hier ist beispielsweise eine elektrische Spannung U derart eingestellt, dass eine Durchlässigkeit über die Membran 36 von dem Innenraum 16 zu der Umgebung 14 gegebenen ist und eine Barriere in eine entgegengesetzte Sperrrichtung 53 aufgebaut ist.
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Die elektroosmotische Durchlassvorrichtung 30 ist auf Elektroosmose wirkend aufgebaut. Dabei bildet sich an einer Grenzschicht 54, beispielsweise einer Poreninnenfläche der Pore 46 in der Membran 36, eine elektrochemische Doppelschicht 56 mit jeweils getrennt geladenen Schichten 58 aus. Eine dieser Schichten 58 weist mit der Poreninnenfläche gekoppelt Ionen 60 auf und eine darüber liegende Schicht 58 zeichnet sich durch bewegliche hydratisierte Ionen 62 aus, die Wassermoleküle binden. Über das elektrische Feld E wird durch die Coulombkraft eine gerichtete Bewegung der hydratisierten Ionen 62 entlang der Grenzschicht 54 ausgelöst. Die sich in Durchlassrichtung 32 bewegenden Ionen 62 bilden den Feuchtestrom 34 zur Entfeuchtung des Innenraums 16.
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Die elektrische Spannung U ist bevorzugt eine Niedervoltspannung und kann zwischen 1 V und 12 V liegen. Die elektrische Spannung U kann eine Gleichspannung und/oder Wechselspannung sein und bevorzugt gepulst sein.
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3 zeigt einen Querschnitt einer Durchlassvorrichtung in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung. Die Durchlassvorrichtung 30 umfasst die poröse und damit mehrere zylindrische Poren 46 aufweisende Membran 36. Ein mittlerer Porendurchmesser D der Poren 46 ist wenigstens fünfmal kleiner als ein Abstand L zwischen der Membranaußenseite 42 und der Membraninnenseite 44. Der mittlere Porendurchmesser D kann zwischen 0,2 nm und 50 µm liegen.
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Das elektrische Leitungsmittel 38 ist beispielsweise als Drahtgitter 64, das mit der Membranaußenseite 42 verbunden ist und als weiteres Drahtgitter 64, das mit der Membraninnenseite 44 verbunden ist, ausgeführt. Das elektrische Leitungsmittel 38 bildet somit zwei gegenüberliegende Elektroden, zwischen denen die Membran 36 liegt. Das jeweilige Drahtgitter 64 umfasst mit den Poren 46 der Membran 36 fluchtend ausgerichtete Durchlassöffnungen, um den Feuchtestrom 34 durchleiten zu können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015204678 A1 [0002]
