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Die
Erfindung betrifft einen Druckausgleichszylinder und eine -verschraubung
kleinen Bauvolumens und großer Membranfläche mit
Druckausgleichselement für dicht geschlossene Installationsgehäuse.
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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 Verkehrs- und Fahrzeugtechnik hilft
der teure, nicht umweltfreundliche Gehäuse-Innenverguß unter
Luftabschluß. Eine preiswerte, alternative Lösung
stellt die Schaffung von semipermeablen Öffnungen dar.
Hierbei werden die Gehäuseöffnungen durch Filter
ergänzt, die eine Öffnung für Gase durch
Mikroporen aufweisen, jedoch für Flüssigkeiten
eine Sperre darstellen, auch Membranventile oder Druckausgleichselemente
genannt.
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Druckausgleichselemente
mit atmungsaktiver semipermeabler Durchführung in geschlossenen Gehäusen
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-/Rohr-/Schlauchdurchführungen
bestehen aus einem 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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Die
Anwendungen erstrecken sich von Anschluß-, Schalt- und
Verteilerkästen der Installations-/Gerätetechnik
der Gebäudesystem- und Anlagentechnik bis zu Anwendungen
der Luft- und Raumfahrt, der Fahrzeug- und Verkehrstechnik sowie
maritimen Anwendungen. Aufgrund der Vielfältigkeit der Applikationen
wird die obige, grobe Beschreibung nicht vertieft.
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Im
folgenden erfolgt die Würdigung des Stands der Technik
bezogen auf Kabel-/Rohr-/Schlauchdurchführungen in der
Gerätetechnik in Verbindung mit Druckausgleichstechnik.
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Die
deutsche Patentanmeldung
DE
10 2005 035 210 stellt eine Kabeldurchführung
mit Membranventil vor. In dieser Applikation wird eine Kabeldurchführung – auch
als Pg-Verschraubung im Handel bekannt – mit einem Druckausgleichselement
versehen. Der Vorteil dieser Anwendung liegt in der Kombination
von Kabeldurchführung und Druckausgleichselement in einem
Teil, so daß ein elektrisch verdrahtetes Gehäuse
höherer Schutzart durch die semipermeablen Kabeleinführung
auch innenraumfeuchtigkeitsgeschützt ist.
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Der
Volumenstrom durch die semipermeable Öffnung wird auch
durch das eingeführte Kabel bestimmt.
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Die
Patentanmeldung
DE 10 2005
047 662 offenbart eine Druckausgleichsverschraubung mit Druckausgleichselement
kleinen Bauvolumens und großer Membranfläche für
möglichst universellen Einsatz, beabsichtigt 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.
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.
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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 Einbauorts.
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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 Membrane, einer Schikane oder
einem Ventil versehen werden. Die Patentanmeldung sieht vor, eine
Kabeldurchführung durch einen semipermeablen Durchlaß mit
Druckausgleichselement – der Druckausgleichsverschraubung – zu
ersetzen.
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Die
Patentanmeldung 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 ggf. die Zugänglichkeit des Druckausgleichselements
innen bzw. von innen gegeben.
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Das
bedeutet, daß der Gehäuseinneneinrichtung wesentlicher
Raum für die Kabelführung oder Bauraum für
die Elektrik-/Elektronikausstattung verloren geht. Daher wird in
der deutschen Patentanmeldung
DE
10 2005 055 616 eine Druckausgleichsverschraubung mit Druckausgleichselement
kleinen Bauvolumens und großer Membranfläche vorgeschlagen,
die zusätzlich einen Innenanschlag besitzt. Der Innenanschlag
kann als Zylinderring oder Außensechskant ausgeprägt
sein. Der Einbau erfolgt 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. Das Bauvolumen des Gehäuseinnenraums
wird nur durch den Innenanschlag gemindert.
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Bei
den Druckausgleichsverschraubungen mit Druckausgleichselement kleinen
Bauvolumens und großer Membranfläche ohne/mit
Innenanschlag kann sich die Fertigungsvorbereitung und Montage der
vorgeschlagenen Membrane produktionstechnisch aufwendig gestalten.
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Gemäß der
deutschen Patentanmeldung
DE 10
2006 012 998 wird eine Druckausgleichsverschraubung mit
Druckausgleichselement kleinen Bauvolumens und großerfläche
vorgeschlagen, deren Membrane aus einer Rohrmembrane besteht. Eine
Rohrmembrane ist aus einem Werkstoff gefertigt, der dem Werkstoff
von Flachmembranen oder entsprechend ausgeformten Membranen gleicht, aber
deren Geometrie einem Hohlzylinder mit Innen-/Außenradius,
Wandstärke und Höhe entspricht. Der Aufbau und
die Montage der Membrane gestaltet sich einfacher und es werden
handelsübliche, auf dem Installationsmarkt bekannte Teile
verbaut und es müssen keine zusätzlichen Vorkehrungen
getroffen werden, da derartige Anwendungen oft auf minimale räumliche
und gewichtsmäßige Abmessungen ausgelegt sind.
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Alle
vorgestellten Druckausgleichsverschraubungen besitzen einen umfänglichen
Gewindeansatz, der die Verschraubung mit Hilfe einer entsprechenden
Mutter – ggf. über einen mechanischen Adapter – in
einer Durchgangsbohrung dichtend befestigt oder der die Verschraubung
direkt in einer Gewindebohrung dichtend und haltend trägt.
Die Befestigung der Druckausgleichsverschraubung erfolgt in allen
Fällen über das Gewinde derselben mit/ohne Kontermutter.
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Weiterhin
sind Kabeleinführungs- und Dichtungssysteme bekannt geworden,
die eine Kabeleinführung mittels Rippen- und/oder Halbschalentechnologie
erlauben. Dabei werden um die einzuführenden Kabel und
Leitungen passende, dichtende äußerlich einen
Quader bildende Halbschalen gelegt, die aufeinander wie aus dem
Baukasten gestapelt einen Hohlraum für Kabel- und Leitungseinführung EMV-,
feuer-, gas- und wasserdichtend verschließen. Ungenutzte
oder noch nicht genutzte Einführungsplätze werden
durch spannende Keildichtungen verschlossen. Derartige Anordnungen
sind durch das Gebrauchsmuster "Kabeldurchführung, insbesondere
bei Schotten auf Schiffen o. dgl.,
DE
G 79 05 824 , die deutsche Patentschrift
DE 29 08 163 oder die europäische
Anmeldung
EP 869 303 /deutsche
Anmeldung
DE 699 11 383 bekannt
geworden.
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Die
europäische Patentanmeldung
EP
1 879 439 offenbart ein Druckausgleichselement in Form eines
Druckausgleichszylinders, ausgestattet mit einem Labyrinthsystem
für den Fremdkörperausschluß, vorgesehen
für den Einsatz in nicht verkabelten Kabelverschraubungen.
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Der
Druckausgleichszylinder ist mechanisch sehr aufwendig gestaltet,
ist mehrstückig aufgebaut und der Druckausgleich findet
nur über einen frontalen Luftkanal statt, was die Einbaulage
einschränkt und bei der Montage hinsichtlich eindringendes
Wasser berücksichtigt werden muß. Als Druckausgleichselement
dient eine gedichtet verbaute Flachmembrane.
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Eine
derartige Vorrichtung zur Abdichtung von Leitungsdurchführungen
wird auch in der deutschen Patentschrift
DE 10 2004 040 661 vorgestellt.
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Eine
Erweiterung dieses Systems wird durch Kabeleinführungsmodule – ebenfalls
Halbschalen – erreicht, die dem Kabelaußendurchmesser
anzupassende geschichtete Pellen besitzen; dabei werden so viele
Peilen entfernt, bis die Modulhälften das Kabel bis auf
einen schmalen Luftspalt umschließen; durch Verpressen
der Modulhälften wird der Luftspalt geschlossen. Derartige
Veröffentlichungen finden sich als deutsche Anmeldung
DE 698 14 843 oder
als Gebrauchsmuster
DE 201 16
654 .
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Eine
weitere Kabeldurchführungseinrichtung wird in der europäischen
Schrift
EP 1 060 550 /deutsche
Anmeldung
DE 699 08 312 vorgestellt,
die aus einem abdichtenden Bund aus Halbschalen von elastischem
elektrisch leitendem Material besteht, der in abdichtender Weise
in der Öffnung in der Wand angebracht werden kann und der
einen durchgehenden Kanal zum abdichtenden Führen des genannten
Kabels durch diesen hindurch besitzt, wobei im Betriebszustand der
Durchführung eine elektrisch leitende Verbindung zur Abschirmung
des Kabels besteht.
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In
einer älteren europäischen Schrift
EP 797 856 /deutsche Anmeldung
DE 695 05 562 bilden die Außenkonturen
der kabeldichtenden Halbschalen einen quaderförmigen Block.
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Allen
vorgestellten Kabeldurchführungen ist gemein, daß sie über
eine ein- oder mehrfache zylinderförmige Kabelaufnahme
verfügen, mit der das Kabel dichtend befestigt, zugentlastet
eingeführt und durchgeführt wird.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Einrichtung nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1, einen Druckausgleichszylinder und eine
-verschraubung kleinen Bauvolumens und großer Membranfläche
zu schaffen, die die Eigenschaften der Hauptanmeldung dahingehend
verbessern, daß Druckausgleichszylinder und -verschraubung einfach
herzustellen sind und daß das Druckausgleichselement ein
Wiederverwendungsteil wird.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Druckausgleichszylinder
und eine -verschraubung sowie ein Druckausgleichselement der eingangs
genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Auf vorteilhafte Ausgestaltung nehmen die Unteransprüche
Bezug.
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Gemäß der
vorliegenden Erfindung wird ein Druckausgleichszylinder kleinen
Bauvolumens und großer Membranfläche vorgeschlagen,
die 1-stückig aufgebaut ist und deren Druckausgleichselement
aus einer Topfmembrane besteht, wobei die Befestigungsvorrichtung
und die Dichtfunktion durch den Einbauort gegeben sind.
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Wird
die Kabel-/Rohr-/Schlauchdurchführung ohne Kabel/Rohr/Schlauch
als Belüftungskanal genutzt, erhält man eine Gehäusedurchführung
für den Druckausgleich, wobei der Volumenausgleich über
einen Druckausgleichszylinder mit einer semipermeablen Topfmembrane
erfolgt. Die semipermeable Membrane ist atmungsaktiv, verhindert
den Eintritt von Flüssigkeit/Wasser in das dicht geschlossene Installationsgehäuse
und erlaubt den Ein-/Austritt von Gas-/Wasserdampf aus dem Gehäuse.
Die Dimensionierung der Druckausgleichszylinders bzw. des Volumenstroms
ist von den klimatischen Gegebenheiten in dem und um das dicht geschlossene
Installationsgehäuse abhängig und muß im
Einzelfall festgestellt werden.
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Die
Materialzusammensetzung des Druckausgleichszylinders richtet sich
nach Aufgabenstellung, Einsatzort und Verwendungszweck und kann im
Grundsatz aus Kunststoff und/oder Metall hergestellt werden.
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Die
mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen – neben der
Verhinderung der Bildung von Feuchtigkeitsniederschlag innerhalb
geschlossener Räume – insbesondere darin, daß die
zylinderförmige Ausprägung des Druckausgleichszylinders
mit Topfmembrane als Druckausgleichselement abmessungsmäßig
abgestimmt auf handelsübliche Kabel und Kabeldurchmesser
bei allen zylinderförmigen Kabel-/Rohr-/Schlauchdurchführungen – auch
hilfsweise – zum Einsatz kommen kann.
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Eine
Erweiterung der erfinderischen Neuheit stellt die Druckausgleichsverschraubung
mit Topfmembran dar. Hierbei bildet die Topfmembrane ein Wiederverwendungsteil
für Zylinder und Verschraubung. Auch hier steht bei kleinem
baulichen Volumen eine große Membranfläche zur
Verfügung. Die Druckausgleichsverschraubung mit Topfmembrane ist
so dimensioniert, daß sie in die Standard-Gehäusebohrung
eingebracht werden und als Druckausgleichselement wirken kann.
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Ein
großer Vorteil von Druckausgleichszylinder und -verschraubung
mit Topfmembran liegt in der Einstückigkeit des Membranträgers
und damit in der Einfachheit der Herstellung und Lagerhaltung. Es wird
hier eine dreidimensionale Membranfläche aufgespannt; es
sind keine weiteren führenden Lüftungskanäle
erforderlich. Der Volumenstrom kann je nach Erfordernis gestaltet
werden. Es gibt keine Einschränkungen in der Einbaulage;
die Einbauposition kann weg von Fließ- oder Spritzwasser
angeordnet werden. Die Hohlräume innerhalb von Zylinder
und Verschraubung können zusätzlich mit semipermeablem
Material verfüllt werden zum Zwecke des Filterns oder der
Stabilität.
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Der
Gegenstand der Erfindung wird nachfolgend anhand der als Anlage
beigefügten Zeichnungen von Ausführungsbeispielen
weiter verdeutlicht. Es zeigen
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1 Druckausgleichszylinder
mit Topfmembrane
- a) Schnittzeichnung
- b) Perspektiv-Darstellung, Sicht von unten
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2 Druckausgleichsverschraubung
mit Topfmembrane
- a) Schnittzeichnung
- b) Perspektiv-Darstellung, Sicht von unten.
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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 1a) ersichtlich, besteht der Druckausgleichszylinder
mit Topfmembrane 1 aus einem 1-stückigen Hohlzylinder,
einseitig abgeschlossen durch einen Deckel 11, verbunden
mit dem aufnehmenden Zylindergehäuse 12 sowie
der in den Hohlzylinder eingebrachten Topfmembrane 16.
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Der
einseitig geschlossene Hohlzylinder kann auch zweistückig
hergestellt sein; dann besitzt der zylinderförmige Deckel 11 eine
Berandung, die passend zum Innendurchmesser des Zylindergehäuses 12 – je
nach Fertigungsmethode – dicht schließt, z. B.
durch eine Passung. Die mechanische Verbindung Deckel/Berandung
kann durch Rastung, Klebung, Stiftung, Verschraubung, Schweißung,
etc. – je nach Materialzusammensetzung – erfolgen.
Die Berandung kann auch umlaufende Dichtungen oder Dichtlippen aufweisen,
ebenso die entsprechende Fläche des Innenzylinders des
Gehäuses.
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Die
Deckelberandung besitzt gegenüber dem Außenrand
des Zylindergehäuses einen Überstand, der als
Anschlag dienen kann, wenn der Druckausgleichszylinder von einer
Kabel-/Rohr-/Schlauchverschraubung aufgenommen wird. Eine in die
Deckelinnenseite eingebrachte zylinderförmige Fuge 17 dient
der Aufnahme der Topfmembrane 16; sie wird durch Füge-
und/oder Preßtechnik befestigt und durch zusätzliche
Hilfsmittel, wie z. B. Klebstoff, gesichert.
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Zum
Zwecke des Volumenstroms weist der Deckel 11 Lüftungsbohrungen 13, 14 auf,
deren Anordnung, Anzahl, Durchmesser, Bohrungswinkel sich nach Aufgabenstellung,
Volumenstrom, Einsatzort und Verwendungszweck richten. Diese Bohrungen können
auch als symmetrische oder unsymmetrische Öffnungen ausgeprägt
sein.
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Innerhalb
des Zylindergehäuses 12 und parallel zu dessen
Längsausdehnung können wahlweise eine oder mehrere
Stützen für die Topfmembrane 16 notwendig
sein. Diese Stützen haben einen festen Sitz innerhalb des
Hohlzylinders und nehmen über ihre Führungsbohrung
die Topfmembrane auf. Anzahl und Einbauort der Stützen
ist durch die Statik der Membrane bestimmt. Daneben weisen die Stützen
ebenfalls Lüftungsöffnungen für den Volumenstrom
auf.
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Die
Topfmembrane 16 ist – wie die Flach- oder Rohrmembrane – aus
porösem Werkstoff – meist Kunststoffmaterial – als
Hohlzylinder aufgebaut, wie z. B. Polypropylen (PP), hochporöses
Polystyrol (PS) oder expandiertem Polytetrafluorethylen (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. Je nach Ausprägung
der Anordnung – Länge zu Durchmesser und Topfmembran-Material – ist
die Einbringung von Stützelementen erforderlich.
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Die
Ausprägung des Zylindergehäuses 12 in Werkstoff,
Geometrie und Abmessung richtet sich nach Aufgabenstellung, Einsatzort
und Verwendungszweck. Bei der Dimensionierung sind die außen
wirkenden Kräfte zu berücksichtigen, die den Druckausgleichszylinder
dichten und aufnehmen.
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Die
Wirkungsweise des Druckausgleichszylinders mit Topfmembrane 1 gestaltet
sich wie folgt. Nach Einbau des Druckausgleichszylinders als filternde
Schnittstelle zweier Räume – Flüssigkeitssperre
und Gasdurchlässigkeit – kann der Volumenstrom
aus Raum 1 – Außenraum – über
die Bohrungen 13, 14 des Deckels 11 in
den Innenraum des Zylindergehäuses 12 dringen.
Der weitere Verlauf gestaltet sich durch die Wandung der Topfmembrane 16 in
dieselbe und über die Öffnung 18 in den
Raum 2 – Innenraum Installationsgehäuse. Die Richtung
des Volumenstroms ist vom Ver hältnis Innen- zu Außenraumdruck
abhängig und daher auch jederzeit umkehrbar. Die Lufteintrittsöffnungen 13, 18 werden
je nach Aufgabenstellung, Einsatzort und Verwendungszweck mit flüssigkeitsabweisenden
Hauben – Spritzwasserschutz – o. ä. versehen,
um das unmittelbare Eindringen von z. B. Wasser zu vermeiden. Der
Volumenstrom ist neben dem Druck und der Temperatur von den gesamten
geometrischen Abmessungen des Druckausgleichszylinders mit Topfmembrane 1 abhängig;
zwecks Optimierung des Volumenstroms sind die entsprechenden geometrischen
Parameter anzugleichen, insbesondere auch der das Volumen bestimmende
Durchmesser der Topfmembrane 16 und der des verbleibenden
Innenvolumens des Zylindergehäuses 12.
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Der
Deckel 11 kann auch aus einem Werkzeug fallen, wenn die
Lüftungsöffnung 13 durchstoßbar
gestaltet wird.
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Die
einzelnen Teile einer mehrstückigen Baugruppe "Druckausgleichszylinder"
sind fest miteinander gefügt; die Fertigungsmethoden können
unterschiedlich sein, wie Rasten, Kleben, Reib-, Ultraschall-Schweißen,
Schrauben, Nieten, Umspritzen, etc.; die Komponente "Druckausgleichselement" kann
auch so ausgeprägt sein, daß sie austauschbar – wie
eine Patrone oder Kapsel – gestaltet ist. Die Bauform als
Zylinder bildet sicherlich eine optimale Bauform, jedoch sind andere
Bauformen ebenfalls bei Bedarf herstellbar.
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Die
geometrische Gestaltung der Topfmembrane 16 bestimmt – neben
der Durchlässigkeit/Porösität des Werkstoffs – die
aufgespannte Fläche und damit den maximal möglichen
Volumenstrom – neben den Geometrien der Lüftungskanäle 13, 14 und 18.
Auch ist für die Druckstabilität der Topfmembrane eine
Außenummantelung sowie eine Innenfüllung mit porösen
Materialien denkbar. Statt der strengen zylindrischen Anordnung
garantiert eine leicht konische Form den Wasserabfluß in
jeder Einbaulage.
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Wird
die Luftkanal-Sackbohrung 13 durch den Gehäusedeckel 11 mit
einem Gewinde versehen fortgeführt, wird mit Hilfe eines
eingebrachten Stellglieds, wie einem Gewindestift 15, eine
Einstellung des Volumenstroms erreicht werden. Je nach Einbauort
kann für die Volumenstromeinstellung auch die erweiterte
Bohrung 14 mit entsprechender Nachbehandlung verwendet
werden. Entsprechend kann der Volumenstrom über den Deckel
seitlich oder frontal geleitet werden.
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1b) zeigt den zusammengebauten Druckausgleichszylinder
mit Topfmembrane 1 in einer Perspektiv-Darstellung mit
Blickrichtung von unten. Der Zusammenbau der Teile kann durch unterschiedliche
Fertigungsmethoden 1-stückig oder in Baugruppen mehrstückig
und trennbar erfolgen, wie durch Rasten, Kleben, Reib-, Ultraschall-Schweißen, Schrauben,
Nieten, Umspritzen, etc. Da der Druckausgleichszylinder in einer
Kabel-/Rohr-/Schlauchverschraubung gedichtet verbaut wird, muß die Oberfläche
des Zylindergehäuses 12 vergütet dichtbar
gestaltet sein.
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2a) zeigt die Druckausgleichsverschraubung mit
Topfmembrane 3 als Schnittzeichnung. Wie aus dem Bild ersichtlich,
besteht die Druckausgleichsverschraubung mit Topfmembrane 3 aus
einem 1-stückigen Hohlzylinder, einseitig abgeschlossen
durch einen Deckel 31, verbunden mit dem aufnehmenden Zylindergehäuse 32 sowie
der in den Hohlzylinder eingebrachten Topfmembrane 36.
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Der
einseitig geschlossene Hohlzylinder kann auch zweistückig
hergestellt sein; somit besitzt der zylinderförmige Deckel 31 eine
Berandung – wie der Deckel 11 – die passend
zum Innendurchmesser des Zylindergehäuses 32 dicht
schließt – je nach Fertigungsmethode. Die mechanische
Verbindung Deckel/Berandung kann durch Rastung, Klebung, Stiftung,
Verschraubung, Schweißung, etc. – je nach Materialzusammensetzung – erfolgen.
Die Berandung kann auch umlaufende Dichtungen oder Dichtlippen aufweisen,
ebenso die entsprechende Fläche des Innenzylinders des
Gehäuses.
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Der
Deckelrand ist – gemäß den Ausführungen
von Kabel-/Rohr-/Schlauchverschraubungen – als Außensechskant 39 mit
einer Schlüsselweite ausgeführt, die in Relation
zu dem Durchmesser des Zylindergehäuses mit Außengewinde 32 steht.
Die Deckelberandung besitzt gegenüber dem Außenrand des
Zylindergehäuses einen Überstand 40,
der sowohl einerseits als Anschlag für das Werkzeug und andererseits
zur Aufnahme des zum Gehäuse hin dichtenden O-Rings 41 dient.
Eine in die Deckelinnenseite eingebrachte zylinderförmige
Fuge 37 dient der Aufnahme der Topfmembrane 36;
sie wird durch Füge- und/oder Preßtechnik befestigt
und durch zusätzliche Hilfsmittel, wie z. B. Klebstoff,
gesichert.
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Zum
Zwecke des Volumenstroms weist der Deckel 31 Lüftungsbohrungen 33, 34 auf,
deren Anordnung, Anzahl, Durchmesser, Bohrungswinkel sich nach Aufgabenstellung,
Volumenstrom, Einsatzort und Verwendungszweck richten. Diese Bohrungen können
auch als symmetrische oder unsymmetrische Öffnungen ausgeprägt
sein.
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Innerhalb
des Zylindergehäuses 32 und parallel zu dessen
Längsausdehnung können wahlweise eine oder mehrere
Stützen für die Topfmembrane 36 notwendig
sein. Diese Stützen haben einen festen Sitz innerhalb des
Innenzylinders und nehmen über ihre Führungsbohrung
die Topfmembrane auf. Anzahl und Einbauort der Stützen
ist durch die Statik der Membrane bestimmt. Daneben weisen die Stützen
ebenfalls Lüftungsöffnungen für den Volumenstrom
auf.
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Die
Topfmembrane 36 ist – wie die Topfmembrane 16 oder
die Flach- oder Rohrmembrane – aus porösem Werkstoff – meist
Kunststoffmaterial – als Hohlzylinder aufgebaut. Je nach
Ausprägung der Anordnung – Länge zu Durchmesser
und Topfmembran-Material – ist die Einbringung von Stützelementen
erforderlich.
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Die
Ausprägung des Zylindergehäuses 32 in Werkstoff,
Geometrie und Abmessung richtet sich nach Aufgabenstellung, Einsatzort
und Verwendungszweck. Bei der Dimensionierung sind die außen
wirkenden Kräfte zu berücksichtigen, die den Druckausgleichszylinder
dichten und aufnehmen.
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Die
Wirkungsweise der Druckausgleichsverschraubung mit Topfmembrane 3 gestaltet
sich wie bei dem Druckausgleichszylinder 1. Die Richtung
des Volumenstroms ist vom Verhältnis Innen- zu Außenraumdruck
abhängig und daher auch jederzeit umkehrbar. Die Lufteintrittsöffnungen 33, 38 werden
je nach Aufgabenstellung, Einsatzort und Verwendungszweck mit flüssigkeitsabweisenden
Hauben – Spritzwasserschutz – o. ä. versehen,
um das unmittelbare Eindringen von z. B. Wasser zu vermeiden. Der
Volumenstrom ist neben dem Druck und der Temperatur von den gesamten
geometrischen Abmessungen der Druckausgleichsverschraubung mit Topfmembrane 3 abhängig;
zwecks Optimierung des Volumenstroms sind die entsprechenden geometrischen
Parameter zu optimieren.
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Der
Deckel 31 kann auch aus einem Werkzeug fallen, wenn die
Lüftungsöffnung 33 durchstoßbar
gestaltet wird.
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Die
einzelnen Teile einer mehrstückigen Baugruppe "Druckausgleichsverschraubung"
sind fest miteinander gefügt; die Fertigungsmethoden können
unterschiedlich sein, wie Rasten, Kleben, Reib-, Ultraschall-Schweißen,
Schrauben, Nieten, Umspritzen, etc.; die Komponente "Druckausgleichselement"
kann auch so ausgeprägt sein, daß sie austauschbar – wie
eine Patrone oder Kapsel – gestaltet ist. Die Bauform als
Zylinder bildet sicherlich eine optimale Bauform, jedoch sind andere
Bauformen ebenfalls bei Bedarf herstellbar.
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Die
geometrische Gestaltung der Topfmembrane 36 bestimmt – neben
der Durchlässigkeit/Porösität des Werkstoffs – die
aufgespannte Fläche und damit den maximal möglichen
Volumenstrom – neben den Geometrien der Lüftungskanäle 33, 34 und 38.
Auch ist für die Druckstabilität der Topfmembrane eine
Außenumantelung wie eine Innenfüllung mit porösen
Materialien denkbar. Statt der zylindrischen Anordnung garantiert
eine leicht konische Form den Wasserabfluß in jeder Einbaulage.
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Wird
die Luftkanal-Sackbohrung 33 durch den Gehäusedeckel 31 mit
einem Gewinde versehen fortgeführt, kann mit Hilfe eines
eingebrachten Stellglieds, wie einem Gewindestift 35, eine
Einstellung des Volumenstroms erreicht werden. Je nach Einbauort
kann für die Volumenstromeinstellung auch die erweiterte
Bohrung 34 mit entsprechender Nachbehandlung verwendet
werden. Entsprechend kann der Volumenstrom über den Deckel
seitlich oder frontal geleitet werden.
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2b) zeigt die zusammengebaute Druckausgleichsverschraubung
mit Topfmembran 2 in perspektivischer Darstellung, Blickrichtung
von unten. Der Zusammenbau der Teile kann durch unterschiedliche
Fertigungsmethoden 1-stückig oder in Baugruppen mehrstückig
und trennbar erfolgen, wie durch Rasten, Kleben, Reib-, Ultraschall-Schweißen, Schrauben,
Nieten, Umspritzen, etc. Beim Gehäuseeinbau wird der Gehäuseinnenraum 2 gegen
den Außenraum 1 mittels eines Dichtrings 41 – über
das Außengewinde 32 gestülpt – und
durch Befestigungsmutter 42 verschraubt und gedichtet.
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Ein
weiterer Anwendungsbezug des/r Druckausgleichszylinders/-verschraubung
liegt darin, daß die Topfmembrane unterschiedliche Porositäten/Stoffdurchgangszahlen
aufweist und damit für unterschiedliche Stoffe wirksam
ist.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich dadurch,
daß der/die Druckausgleichszylinder/-verschraubung in seiner/ihrer
Montage keiner Lageeinbauvorschrift unterliegt. Dies wird durch
die seitliche oder frontale Ableitung des Volumenstroms unterstützt.
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Schutz
vor dem Eindringen von Schmutzpartikeln oder Wasser ist gegeben;
auch bei Über-Kopf-Montage ist durch abgeschrägte
Kanten und/oder kegelförmiger statt zylindrischer Formgebung
der Ablauf von Wasser möglich.
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Feuchtigkeitsbenetzbare
Stellen des/der Druckausgleichszylinders/-verschraubung sollten
so bemessen sein, daß Wassertropfen sich nicht auf Grund
von Oberflächenspannungen halten können.
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Eine
weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der/die
Druckausgleichszylinder/-verschraubung als aneinanderreihbare Bauelemente
im Schaltschrankbau Verwendung finden.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann der/die Druckausgleichszylinder/-verschraubung
je nach gewünschter Strömungsrichtung von innen
nach außen zeigend oder umgekehrt montiert werden.
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Eine
weitere Ausprägung der Erfindung sieht eine Außenummantelung
oder eine Innenfüllung der Topfmembrane mit einem hydrophoben
porösen Material, wie z. B. Polystyrol, vor, um die Druckfestigkeit der
Topfmembrane zu erhöhen und Feuchtigkeitsansammlungen zu
verhindern.
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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
- Druckausgleichszylinder
mit Topfmembrane
- 11
- Deckel
- 12
- Zylindergehäuse
- 13
- Lüftungskanal,
oben
- 14
- Lüftungskanal,
zentrisch
- 15
- Volumenstrom-Einstellschraube
(nicht dargestellt)
- 16
- Topfmembrane,
semipermeable
- 17
- Aufnahme
- 18
- Lüftungskanal,
unten
- 3
- Druckausgleichsverschraubung
mit Topfmembrane
- 31
- Deckel
- 32
- Zylindergehäuse
mit Außengewinde
- 33
- Lüftungskanal,
oben
- 34
- Lüftungskanal,
zentrisch
- 35
- Volumenstrom-Einstellschraube
(nicht dargestellt)
- 36
- Topfmembrane,
semipermeable
- 37
- Aufnahme
- 38
- Lüftungskanal,
unten
- 39
- Anschlag
Außensechskant
- 40
- Anschlag
Zylinderring
- 41
- O-Ring,
Dichtring Gehäuse (nicht dargestellt)
- 42
- Befestigungsmutter
Gehäuse (nicht dargestellt)
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102005035210 [0008]
- - DE 102005047662 [0010]
- - DE 102005055616 [0014]
- - DE 102006012998 [0016]
- - DE 7905824 [0018]
- - DE 2908163 [0018]
- - EP 869303 [0018]
- - DE 69911383 [0018]
- - EP 1879439 [0019]
- - DE 102004040661 [0021]
- - DE 69814843 U [0022]
- - DE 20116654 [0022]
- - EP 1060550 [0023]
- - DE 69908312 [0023]
- - EP 797856 [0024]
- - DE 69505562 [0024]