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Die Erfindung geht aus von einer Druckausgleichsverschraubung mit Druckausgleichselement nach Hauptpatent
10 2005 047 662 .
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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 verschraubt – 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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Das Hauptpatent zeigt 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. Gemäß Hauptpatent ist vorgesehen, eine Kabeldurchführung durch einen semipermeablen Durchlaß mit Druckausgleichselement – der Druckausgleichsverschraubung – zu ersetzen.
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Gemäß Hauptpatent ist außerdem vorgesehen, 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 verbessert.
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Diese Aufgabe wird durch eine Druckausgleichsverschraubung mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird 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 des Hauptpatents 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 oder einem als Außensechskant mit Schlüsselweite (nicht dargestellt) als Innenanschlag 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 24 und dessen Bohrung 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 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. Die 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 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. 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 Ausgestaltung der Erfindung 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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Bezugszeichenliste
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- 1
- Oberteil Druckausgleichsverschraubung
- 11
- Deckel mit Lüftungskanal, zylinderförmig
- 12
- Stützrippe, durchflußbestimmend
- 2
- Mittelteil Druckausgleichsverschraubung
- 21
- Zylinderring oder Außensechskant Innenanschlag
- 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
- 33
- Bohrung in Abschlußplatte, durchflußbestimmend
- 35
- Bodenplatte für Filter/Membran
- 36
- Führungsstege, außen, für Filter/Membran
- 37
- Führungsstege, innen, für Filter/Membran
- 38
- Durchbrüche Bodenplatte, durchflußbestimmend
- 39
- Führung Bodenplatte