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Die Erfindung betrifft eine Druckausgleichvorrichtung für ein Gehäuse, insbesondere Gehäuse für elektrische Schaltungen nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs.
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Gehäuse für elektrische Schaltungen sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt. Diese Geräte können Temperaturschwankungen ausgesetzt sein, die zu größeren Druckschwankungen im Inneren des Gehäuses führen können. Zum Ausgleich dieser Druckschwankungen sind in einem einfachen Fall lediglich Bohrungen oder Öffnungen vorgesehen sein, über die sich die Druckunterschiede ausgleichen können. Um einen direkten Wassereintritt zu vermeiden ist es bekannt, derartige Öffnungen mit semipermeable Membranen zu versehen, die einen Gasaustausch von Luft und auch Wasserdampf zwischen Innen und Außen ermöglichen, jedoch kein Wasser in flüssiger Form eindringen lassen.
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Aus der
DE 10 2007 035 094 A1 ist beispielsweise ein Gehäuse für eine elektrische Schaltung bekannt, bei dem in der Nähe einer Steck-Anschlussvorrichtung ein Druckausgleichelement angeordnet ist. Für den mechanischen Schutz befindet das Druckausgleichelement unterhalb einer Abdeckhaube.
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Die Durchlässigkeit der Membranen für Wasserdampf und die Sperrwirkung gegenüber Wasser als Flüssigkeit ist eine bevorzugte Eigenschaft dieser Membranen. Es sind jedoch Betriebsbedingungen elektrischer Geräte denkbar, bei denen über diese Membranen vermehrt Wasserdampf ins Gehäuse dringen kann, dass in ungünstigen Fällen beim Abkühlen des Gerätes im Inneren kondensieren kann.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Druckausgleich derart weiter zu entwickeln, dass ein übermäßiges Eindringen von Wasserdampf und somit ein Kondensieren von Wasserdampf vermieden werden kann.
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Die Aufgabe wird durch die Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Vorteilhaft ist eine Druckausgleichsvorrichtung für ein Gehäuse vorgesehen,
wobei die Vorrichtung derart ausgestaltet ist,
dass durch konstruktive Elemente ein Luftraum zwischen einer ersten und zweiten Öffnung aufgebaut wird,
wobei der Luftraum über die erste Öffnung mit einem Innenraum und über die zweite Öffnung mit einem Außenraum des Gehäuses verbunden ist,
wobei an der ersten Öffnung eine erste semipermeable, wasserdampfdurchlässige Membran angeordnet ist und der Luftraum mit einem wärmeabgebenden Bauelement derart in thermischen Kontakt steht, dass bei einem Betreiben des Bauelements der Luftraum erwärmt wird.
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Dieses Vorgehen hat den Vorteil, dass das Innere des Gehäuses über die Membran nicht direkt mit der Umgebung/Außenwelt verbunden ist, sondern über einen thermisch und hierüber insbesondere im Partialdruck beeinflussbaren Luftraum entlüftet wird, so dass ein Zustrom von Wasserdampf in das Gehäuse vermieden oder reduziert werden kann.
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In einer ersten Variante ist das wärmeabgebende Bauelement vorzugsweise innerhalb des Luftraums angeordnet.
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In einer zweiten Variante ist das wärmeabgebende Bauelement außerhalb des Luftraums angeordnet und steht im thermischen Kontakt mit einer Gehäusewand und/oder einer den Luftraum begrenzenden Wand, so dass hierüber der Luftraum auch erwärmt werden kann.
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Besonders nützlich ist es, wenn das wärmeabgebende Bauelement ein Heizelement oder ein Leistungsbauelement ist.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die zweite Öffnung mit einer zweiten semipermeablen, wasserdampfdurchlässigen Membran versehen. Durch dieses Vorgehen ist es möglich, den Luftraum in seinen Partialdruckeigenschaften definiert einzustellen.
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Bevorzugt weist die zweite Membran eine höhere Permeabilität als die erste Membran auf, um einen sicheren aber kontrollierten Gasaustausch nach außen zu gewährleisten.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen schematisch
- 1 ein erstes Ausführungsbeispiel mit einer Abdeckung,
- 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einer inneren Konstruktion,
- 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit zwei Membranen,
- 4 ein Verlauf des Luftwassergehalts über die Temperatur.
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Bei der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.
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1 zeigt schematisch ein mögliches Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Druckausgleichsvorrichtung 1. Die Vorrichtung 1 umfasst eine semipermeable, wasserdampfdurchlässige Membran 2, eine Abdeckung 4 und ein wärmeabgebendes Bauelement 3, wobei die Vorrichtung 1 an einer Gehäuseöffnung 12 eines Gehäuses 10 angeordnet ist. Die Membran 2 dient in bekannter Weise dem Druckausgleich zwischen Innenraum und Umgebung des Gehäuses 10, wobei die Permeabilität der Membran derart ausgestaltet ist, dass Wasser in flüssiger Form nicht ins Gehäuse dringen kann.
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Aufgrund der Dampfdurchlässigkeit der Membran stellt sich typischerweise im Innen- und Außenraum der gleiche Dampfpartialdruck ein
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In besonderen Betriebssituation hat sich gezeigt, dass beispielsweise bei hohen Wasserdampfkonzentrationen im Außenraum und hohen Temperaturen im Innenraum des Gehäuses, der absolute Wassergehalt im Innenraum derart hoch werden kann, dass beim Ausschalten und Abkühlen des Geräts ein Teil des Wasserdampfs in flüssiger Form ausfallen kann.
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Kerngedanke der Erfindung ist es, den Innenraum des Gehäuses nicht direkt über die Membran 2 in Richtung Außenraum zu entlüften, sondern über eine „Partialdruckbarriere“ bzw. einen beheizbaren Luftraum 5 zu entlüften. Über die Beheizung des Luftraums 5 kann der Wasserdampfpartialdruck im Luftraum 5 vorzugweise so eingestellt werde, dass er gleich oder niedriger ist als im Inneren des Gehäuses, so dass aufgrund der Partialdruckdifferenzen kein zusätzlicher Wasserdampf ins Innere des Gehäuses gelangt.
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Zum Aufbau einer solchen Partialdruckbarriere ist es erfindungsgemäß vorgesehen, durch konstruktive Ausgestaltung 4 einen beheizbaren Luftraum 5 auszubilden.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß 1 wird dieser Luftraum 5 durch Anordnung einer Abdeckung 4 über einer Öffnung 12 des Gehäuses 10 gebildet. Zur Einstellung eines geeigneten Partialdrucks ist im dargestellten Fall innerhalb des Luftraums 5 an der Abdeckung 4 ein wärmeabgebendes Bauelement 3 vorgesehen. Beim Betreiben des Geräts wird dieses Bauelement 3 mit Strom versorgt und heizt den Luftraum 5 auf.
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2 zeigt eine weitere Ausgestaltung, bei der ein entsprechender Luftraum 5 im Innenraum des Gehäuses 10 mit Hilfe von konstruktiven Elementen 4, beispielsweise über Gehäusefortsätze, ausgebildet ist. Im Unterschied zur Ausführung gemäß 1 ist das wärmeabgebende Bauelement 3 jedoch nicht im Luftraum 5, sondern außerhalb des Luftraums 5 angeordnet. Zur Aufheizung des Luftraums 5 befindet sich das wärmeabgebende Bauelement 3 über das Gehäuse 10 bzw. konstruktive Element 4 im thermischen Kontakt mit dem Luftraum 5, so dass auch hier der Luftraum 5 bei einem Betrieb des Bauelements 3 aufgeheizt werden kann.
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Bevorzugt kann dieses wärmeabgebende Element 3 explizit als Heizelement ausgebildet sein. Bevorzugt ist es jedoch auch denkbar, insbesondere ein Leistungsbauelement einer im Gehäuse befindlichen Schaltung im thermischen Kontakt zum Luftraum anzuordnen. Ein solches Vorgehen hat den Vorteil, dass während des Betriebs der Schaltung die notwendige Wärme über die Verlustleistung des Leistungsbauelements ans Gehäuse bzw. an den Luftraum 5 abgegeben werden kann. Somit werden keine zusätzlichen Bauelemente zum Heizen des Luftraums 5 benötig.
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3 zeigt eine weitere Variante bei der die zweite Öffnung 6 in Richtung Außenraum mit einer weiteren semipermeablen Membran 20 versehen ist, wobei die zweite Membran 20 vorzugsweise eine höhere Permiabilität aufweist als die erste Membran 2. Durch dieses Vorgehen ist es möglich, dass der Gasaustausch nach außen kontrolliert eingestellt werden kann.
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4 zeigt schematisch einen Verlauf des Wassergehalts und relativen Luftfeuchtigkeit in Abhängigkeit der Temperatur. Als Beispiel sei angenommen,
- 1) dass das Gerät beim Einschalten eine Temperatur von 30°C und eine relative Luftfeuchtigkeit von 80% aufweist.
- 2) Das Gerät erwärmt sich auf 80°, wobei ca. 15% des Gasvolumens aufgrund der Volumenausdehnung nach außen entweicht. Die relative Luftfeuchtigkeit sinkt hierbei auf ca. 10%.
- 3) Aufgrund des Konzentrationsgefälles zwischen Umgebung und Innerem des Gerätes gelangt über die Membran Wasserdampf in das Gerät bis eine relative Luftfeuchtigkeit von 60 % erreicht ist.
- 4) An diesem Punkt wird das Gerät ausgeschaltet und kühlt ab.
- 5) Aufgrund der Abkühlung erhöht sich die relative Luftfeuchtigkeit und es dringt zudem Luft von außen ein.
- 6) Im dargestellten Beispiel wird bei 63°C der Taupunkt erreicht und Wasser fällt im Inneren des Gerätes/Gehäuses aus.
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Dieses Aufwärm- und Abkühlverhalten wird durch das erfindungsgemäße Vorgehen derart verändert, dass während des Betriebs des Geräts eine zusätzliche Wasseraufnahme verhindert oder derart reduziert wird, dass der Wasserdampfgehalt im Inneren des Gerätes beim Abschalten bzw. Abkühlen immer unterhalb des Taupunkts bleibt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Druckausgleichsvorrichtung
- 2
- Membran
- 3
- wärmeabgebendes Bauelement
- 4
- konstruktives Element, Abdeckung, Gehäusefortsatz
- 5
- Luftraum
- 6
- zweite Öffnung, Spalt, Außenöffnung
- 10
- Gehäuse
- 12
- erste Öffnung, Gehäuseöffnung
- 20
- zweite Membran
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007035094 A1 [0003]
