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Die Erfindung betrifft ein Druckausgleichselement
zum Einbau in eine Gehäusewand,
mit einem Grundteil, mit einem auf dem Grundteil angeordneten Deckelteil,
wobei in dem Druckausgleichselement mindestens ein Gasaustauschkanal
vorgesehen ist, in dem ein Filterelement angeordnet ist, wobei das Deckelteil
mindestens einen Oberflächenabschnitt aufweist,
der an mindestens einem Halteabschnitt des Grundteils anliegt.
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Ein solches Druckausgleichselement
ist aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus einem Katalog
der Firma Gore unter der Bezeichnung "POV/M 12 × 1,5" bekannt. Ein solches Druckausgleichselement
kann in die Wand eines Gehäuses, beispielsweise
eines geschlossenen Behälters,
eingebaut werden, um einen Druckaustausch des in dem Gehäuse enthaltenen
Mediums mit dem Medium außerhalb
des Gehäuses
zu ermöglichen.
Das Filterelement in dem Gasaustauschkanal ist als eine mikroporöse Membran
ausgebildet, die für
Luft und Feuchtigkeitsdampf durchlässig ist, aber für Wasser, Staub
und Schmutz undurchlässig
ist. Die Membran ist bspw. aus Polytetrafluoräthylen (expanded polytetraflouroehtylene,
ePTFE) gefertigt. Die Membran kann hydrophob und oleophob ausgebildet
sein. Durch die Membran wird verhindert, dass Flüssigkeit, beispielsweise Wasser,
in das Innere des Gehäuses eindringen
kann, und gleichzeitig aber ein Gasaustausch aus dem Gehäuseinneren
mit der Umgebung ermöglicht.
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Die Druckausgleichselemente können verschiedenen
Schutzklassen zugeordnet werden. So kann einem Druckausgleichselement
beispielsweise eine der Klassen IP67 bzw. IP68 zugeordnet werden, wodurch
die Druckwasserdichtigkeit eines Druckausgleichselements angegeben
werden kann. Die Druckwasserfestigkeit des genannten Ventils von Gore
beträgt
beispielsweise 0,1 bar für
eine Belastungsdauer von 30 Minuten. Eine weitere Schutzklasse ist
die Klasse IP69K, der ein Druckausgleichselement zugeordnet wird,
wenn es einem Hochdruckreinigungsvorgang standhält, der wie folgt definiert
ist: Wasser wird mit einem Druck von 100 bar aus drei verschiedenen
Richtungen mit einem Abstand von 10 cm auf das Druckausgleichselement
gesprüht. Hält das Druckausgleichselement
dieser Belastung stand, wird es der Klasse IP69K zugeordnet. Diese Schutzklasse
ist insbesondere in der Lebensmitteltechnik und der Pharmazie von
Bedeutung, da dort Produktions- und Abfüllanlagen oft einer besonders gründlichen
Reinigung unterzogen werden müssen. Dabei
ist es wichtig, dass ein Eindringen von Wasser in Gehäuse von
elektrischen Anlagen wirksam verhindert wird.
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Es hat sich bei dem eingangs genannten Ventil
herausgestellt, dass es trotz der Zuordnung zur Klasse IP69K möglich sein
kann, dass sich das Deckelteil vom Grundteil löst. Dies liegt daran, dass
unter Hochdruck stehendes Wasser zwischen den Oberflächenabschnitt
des Deckelteils und den Halteabschnitt des Grundteils gelangen kann,
so dass ein Druckpolster mit ansteigendem Druck aufgebaut wird,
das den Deckelteil schließlich
absprengen kann.
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Ausgehend von dieser Problematik
liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Druckausgleichselement
bereitzustellen, mit dem ein unerwünschtes Abheben des Deckelteils
vom Grundteil verhindert werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass der Oberflächenabschnitt
des Deckelteils und der Halteabschnitt des Grundteils zumindest
bereichsweise dichtend miteinander verbunden sind. Hierdurch kann
vermieden werden, dass Wasser zwischen das Grundteil und das Deckelteil eindringt
und sich dazwischen ein Druckpolster zwischen aufbaut, das letztlich
zu einem Ablösen
des Deckelteils vom Grundteil führt.
Es ist nichtnotwendig, dass der Oberflächenabschnitt und der Halteabschnitt
in ihrer gesamten Erstreckung dichtend miteinander verbunden sind.
Es genügt,
wenn zumindest ein Bereich vorhanden ist, in dem der Oberflächenabschnitt
und der Halteabschnitt dichtend miteinander verbunden sind, so dass
ein unter Druck stehendes Medium nicht in den Kontaktbereich zwischen
diesen Teilen des Oberflächenabschnitts
bzw. Halteabschnitts gelangen kann.
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Das Grundteil und das Deckelteil
können
im wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet sein. Dies erleichtert
das Einsetzen des Druckausgleichselementes in die Bohrung eines
Gehäuses.
Das Grundteil kann beispielsweise über eine Verschraubung an einer
Gehäusewand
befestigt sein.
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Im Folgenden werden vorteilhafte
geometrische Ausbildungen für
den Oberflächenabschnitt
und den Halteabschnitt beschrieben. Diese können eben ausgebildet sein,
so dass der Oberflächenabschnitt flächig auf
den Halteabschnitt aufgedrückt
werden kann. Bei rotationssymmetrischem Grundteil und Deckelteil
sind der Oberflächenabschnitt
und der Halteabschnitt vorteilhafterweise zumindest abschnittsweise
ringförmig
ausgebildet. Dies bedeutet, dass der Oberflächenabschnitt und der Halteabschnitt auch
als Sektor eines Rings ausgebildet sein können.
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Der Oberflächenabschnitt und der Halteabschnitt
können
auch im wesentlichen zylindrisch oder konisch ausgebildet sein.
Bei diesen Ausführungsformen
wird die Verbindung durch eine in radialer Richtung dichte Anlage
von Oberflächenabschnitt
und Halteabschnitt gebildet.
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Das Grundteil und das Deckelteil
können
aus Kunststoff gebildet sein, wodurch das Druckausgleichselement
besonders preiswert herstellbar ist. Das Grundteil und das Deckelteil
können
aber auch aus Metall, insbesondere aus Edelstahl, gebildet sein,
um eine besonders hohe Medienresistenz aufzuweisen.
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Die dichte Verbindung zwischen dem
Oberflächenabschnitt
des Deckelteils und dem Halteabschnitt des Grundteils kann beispielsweise
durch eine Schweißverbindung
gebildet sein.
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Bei Verwendung von Kunststoffmaterialien kommt
hierbei insbesondere eine Ultraschallschweißverbindung oder eine Laserschweißverbindung
in Betracht. Aufgrund der sehr kurzen Schweißzeiten eignet sich das Ultraschallschweißverfahren besonders
für die
Großserienherstellung
eines erfindungsgemäßen Druckausgleichselements.
Hohe Arbeitsgeschwindigkeiten sind aufgrund der hohen Energiedichte
eines Laserstrahlers auch bei einer Laserschweißverbindung möglich. Es
ist allerdings darauf zu achten, dass die Energiedichte so dosiert
wird, dass die Materialien des Grundteils und des Deckelteils nicht
zersetzt werden.
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Eine Reibschweißverbindung eignet sich sowohl
bei Verwendung von Kunststoff als auch von Metall für Grundteil
und Deckelteil. Auch hierbei sind verhältnismäßig kurze Prozesszeiten erreichbar,
wobei sich für
rotationssymmetrische Druckausgleichselemente das Rotationsreibschweißen besonders gut
eignet.
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Es besteht auch die Möglichkeit,
dass die Verbindung durch eine Presspassung gebildet ist. Die Presspassung
ermöglicht
es, eine lösbare
Verbindung zwischen Deckelteil und Grundteil herzustellen, wobei
gleichzeitig gewährleistet
ist, dass der Oberflächenabschnitt
des Deckelteils und der Halteabschnitt des Grundteils im Bereich
der Presspassung dichtend miteinander verbunden sind.
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Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor,
dass der Gasaustauschkanal Kanalabschnitte aufweist, wobei sich
ein erster Kanalabschnitt von einem freien Ende des Grundteils bis
zu dem Filterelement und ein zweiter Kanalabschnitt von dem Filterelement
bis zu im Deckel vorgesehenen Gasaustauschöffnungen erstreckt. Dabei ist
es besonders vorteilhaft, wenn der zweite Kanalabschnitt labyrinthartig
ausgebildet ist. Somit kann unter Druck stehendes Medium in der
Umgebung des Druckausgleichselements nicht direkt auf die Membran
wirken, die nur bis zu einem Maximaldruck wasserundurchlässig ist.
Durch den labyrinthartigen Kanalabschnitt kann der Druck des auf
das Druckausgleichselement wirkenden Mediums abgeschwächt werden,
so dass letztlich eine höhere
Druckwasserdichtigkeit des Druckausgleichselements gewährleistet
werden kann.
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Das Grundteil oder ein am Grundteil
festgelegtes Sicherungselement kann dem Deckelteil zugewandte Stege
aufweisen, die durch Gasaustauschdurchbrüche unterbrochen sind. Durch
die Stege kann der zweite Kanalabschnitt räumlich begrenzt werden. Die
Stege können
auch dazu dienen, dass sich das Deckelteil auf diesen abstützen kann.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform
der Erfindung sieht vor, dass die Gasaustauschöffnungen des Deckelteils und
die Gasaustauschdurchbrüche
des Grundteils versetzt zueinander angeordnet sind. Hierdurch kann
ein labyrinthartiger Gasaustauschkanal gebildet werden, wodurch,
wie oben beschrieben, das Druckausgleichselement besonders druckwasserdicht
ausgeführt
ist.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
und Einzelheiten der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu
entnehmen, in der die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele
näher beschrieben
und erläutert
ist.
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Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Druckausgleichselements
aus Kunststoff;
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2 eine
teilweise geschnittene Seitenansicht des Druckausgleichselements
gemäß 1;
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3 eine
perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Druckausgleichselements
aus Edelstahl und
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4 eine
teilweise geschnittene Seitenansicht des Druckausgleichselements
gemäß 3.
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In 1 ist
ein aus Kunststoff hergestelltes Druckausgleichselement insgesamt
mit dem Bezugszeichen 2 bezeichnet. Dieses weist im wesentlichen ein
Grundteil 4 auf, auf dem ein Deckelteil 6 angeordnet
ist. Im Druckausgleichselement 2 ist ein Gasaustauschkanal 8 vorgesehen,
in dem ein Filterelement in Form einer mikroporösen Membran 10 aus
Polytetrafluoräthylen
(ePTFE) angeordnet ist. Die Membran 10 luft- und gasdurchlässig, jedoch
undurchlässig
für Wasser,
Schmutz und Staub.
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Das Grundteil 4 weist einen
im wesentlichen zylindrisch ausgebildeten Stutzen 12 auf,
der auf seiner Außenseite
mit einem Außengewinde 14 versehen
ist. Der Stutzen 12 mündet
an seinem dem Deckelteil 6 zugewandten Ende an einem Bund 16, dessen
Außenseite
eine Angriffsfläche 18 für einen Maulschlüssel aufweist.
Der Bund 16 bildet nach radial innen gerichtet Abstützelemente 20 für die Membran 10.
Die Abstützelemente 20 sind
durch Öffnungen 22 unterbrochen.
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Der Bund 16 weist ferner
auf seinem dem Deckelteil 6 zugewandten Seite einen Ringsteg 24 auf.
Die zylindrische Innenfläche
des Ringstegs 24 dient als Anlagefläche für den äußeren Rand der Membran 10.
Diese liegt einerseits auf den Abstützelementen 20 und
außerdem
an der genannten Innenfläche 26 des
Ringstegs 24 an. In dieser Lage ist die Membran 10 durch
einen Sicherungsring 28 gehalten, der in den Ringsteg 24 eingepresst
ist, so dass die Membran sicher und mediendicht am Grundteil 4 befestigt
ist. Der Sicherungsring 28 ist mit dünnen, von der Membran 10 weg
weisenden Stegen 30 versehen, zwischen denen Gasaustauschdurchbrüche 32 gebildet
sind.
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Der Ringsteg 24 weist eine
zylindrische Außenfläche 34 auf.
Diese grenzt an eine Oberfläche des
Bunds 16, die einen Halteabschnitt 36 für einen Oberflächenabschnitt 38 des
Deckelteils 6 bildet. Der Oberflächenabschnitt 38 ist
gebildet durch eine im wesentlichen ringförmige, dem Bund 16 des
Grundteils 4 zugewandte Oberfläche einer zylindrischen Ringwand 40.
Diese ist mit einer Rändelung 40 versehen.
An die Ringwand 40 schließt sich eine scheibenförmige Deckelplatte 42 an.
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Aus 2 ist
ersichtlich, dass der Oberflächenabschnitt 38 des
Deckelteils 6 einen nasenförmigen Vorsprung 44 aufweist,
der komplementär
zu einer im Halteabschnitt 36 des Grundteils 4 vorgesehenen
Ringnut 46 ausgebildet ist. Das Deckelteil 6 ist mit
seinem Oberflächenabschnitt 38 und
mit dem nasenförmigen
Vorsprung 44 mit dem Halteabschnitt 36 und der
Ringnut 46 verschweißt.
Hierdurch ist das Deckelteil 6 dichtend mit dem Grundteil 4 verbunden.
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Das Deckelteil 6 weist in
der Ringwand 40 ausgebildete Gasaustauschöffnungen 48 auf.
Somit kann Gas (z.B. Luft und Feuchtigkeitsdampf) entlang eines
ersten Kanalabschnitts 50, der innerhalb des Stutzens 12 des
Grundteils 4 gebildet ist, der sich bis hin zur Membran 10 erstreckt
und weiter über
den zweiten Kanalabschnitt 52, der sich von der Membran 10 bis
hin zu den Gasaustauschöffnungen 48 erstreckt,
ausgetauscht werden.
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Das Druckausgleichselement 2 kann,
wie in 2 dargestellt,
in eine Gehäusewand 54 eingebaut
werden. Hierfür
weist die Gehäusewand 54 eine kreisförmige Einbauöffnung 56 auf,
in der das Grundteil 4 des Druckausgleichselements aufgenommen ist.
Das Druckausgleichselement 2 ist mit Hilfe einer Mutter 58 an
der Gehäusewand 54 gesichert.
Um zu vermeiden, dass Gas oder Flüssigkeit durch die Einbauöffnung 56 in
der Gehäusewand 54 ausgetauscht werden
kann, ist zwischen dem Bund 16 des Grundteils 4 und
der Gehäusewand 54 ein
O-Ring 60 vorgesehen. Alternativ kann in der Einbauöffnung 56 auch
ein Innengewinde ausgebildet sein, das mit dem Außengewinde
des Grundteils ein Eingriff tritt, wodurch das Druckausgleichselement 2 an
der Gehäusewand 54 gehalten
ist.
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Das in 3 dargestellte
Druckausgleichselement 2' ist
aus Edelstahl hergestellt und weist einen zum in 1 und 2 dargestellten
Druckausgleichselement 2 ähnlichen Aufbau auf. So ist
ein Grundteil 4' vorgesehen,
auf dem ein Deckelteil 6' angeordnet
ist, wobei das Druckausgleichselement 2' einen Gasaustauschkanal 8' aufweist, in
dem eine Membran 10' als geeignetes
Filterelement vorgesehen ist. Das Grundteil 4' weist einen
im wesentlichen zylindrischen Stutzen 12' auf, an dessen Außenseite
ein Außengewinde 14' vorgesehen
ist. Der Stutzen 12' weist
auf etwa halber Höhe
des Grundteils 4' einen
nach außen
weisenden Bund 16' auf,
der mit einer Angriffsfläche 18' für einen
Schraubenschlüssel
versehen ist.
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Das Grundteil 4' erstreckt sich
in Richtung des Deckelteils 6' bis hin zu einem ringförmigen Abstützelement 20', das eine zylindrische Öffnung 22' begrenzt. Das
Abstützelement 20' weist radial
außen und
dem Deckelteil 6' zugewandt
einen relativ dünnwandigen
Ringsteg 24' auf.
An dessen Innenfläche 26' sind durch
eine Presspassung zwei Sicherungsringe 28a und 28b festgelegt.
Der Sicherungsring 28a stützt sich auf das Abstützelement 20' und bietet eine
Anlagefläche
für einen
Außenabschnitt
der Membran 10. Die Membran 10' ist zwischen den Sicherungsringen 28a und 28b mediendicht
eingefasst.
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Zwischen dem Bund 16' und dem Abstützelement 20' ist ein im
wesentlichen zylindrischer Absatz gebildet, der einen leicht konischen
Halteabschnitt 36' bildet.
An diesem liegt ein ebenfalls leicht konisch ausgebildeter Oberflächenabschnitt 38' der Ringwand 40' des Deckelteils 6' dichtend an.
Der Halteabschnitt 36' und
der Oberflächenabschnitt 38' sind über eine
Presspassung miteinander verbunden.
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Das Druckausgleichselement 2' ermöglicht den
Gasaustausch in einem ersten Kanalabschnitt 50', der sich innerhalb
des Grundteils 4' bis
hin zur Membran 10' erstreckt
und in einem zweiten Kanalabschnitt 52', der sich von der Membran 10' bis hin zu Gasaustauschöffnungen 48' erstreckt,
die im Deckelteil 6' ausgebildet
sind.
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Auch das Druckausgleichselement 2' kann in ein
(nicht dargestelltes) Gehäuse
eingebaut werden und über
einen O-Ring 60' gegenüber einer
Gehäusewand
abgedichtet werden.
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Die dargestellten Druckausgleichselemente gewährleisten
eine hohe Wasserdruckdichtigkeit und vermeiden es durch ihre als
Schweiß-
oder Presspassung ausgebildete, dichtende Verbindungen, dass ein
Medium unter Druck in den Verbindungsbereich zwischen Grundteil 4 bzw. 4' und Deckelteil 6 bzw. 6' gelangt und
somit das Deckelteil 6 bzw. 6' vom Grundteil 4 bzw. 4' abgehoben werden
kann.