DE102016225543A1 - Pressure compensation device for a housing - Google Patents

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    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K5/00Casings, cabinets or drawers for electric apparatus
    • H05K5/02Details
    • H05K5/0213Venting apertures; Constructional details thereof
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

Druckausgleichsvorrichtung (1) für ein Gehäuse (10),wobei die Vorrichtung (1) derart ausgestaltet ist,dass durch konstruktive Elemente (4) ein Luftraum (5) zwischen einer ersten und zweiten Öffnung (12, 6) aufgebaut ist,wobei der Luftraum (5) über die erste Öffnung (12) mit einem Innenraum und über die zweite Öffnung (6) mit einem Außenraum des Gehäuses verbunden ist,wobei an der ersten Öffnung (12) eine erste semipermeable,wasserdampfdurchlässige Membran (2) angeordnet ist,dadurch gekennzeichnet,dass der Luftraum (5) mit einem wärmeabgebenden Bauelement (3, 30) derart im thermischen Kontakt steht,dass bei einem Betreiben des Bauelements (3) der Luftraum (5) erwärmt wird.Pressure compensation device (1) for a housing (10), wherein the device (1) is designed such that an air space (5) between a first and second opening (12, 6) is constructed by structural elements (4), wherein the air space (5) is connected to an inner space via the first opening (12) and to an outer space of the housing via the second opening (6), wherein a first semipermeable, water vapor permeable membrane (2) is arranged at the first opening (12) in that the air space (5) is in thermal contact with a heat-emitting component (3, 30) in such a way that when the component (3) is operated the air space (5) is heated.

Description

Die Erfindung betrifft eine Druckausgleichvorrichtung für ein Gehäuse, insbesondere Gehäuse für elektrische Schaltungen nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs.The invention relates to a pressure compensation device for a housing, in particular housing for electrical circuits according to the preamble of the independent claim.

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.Housings for electrical circuits are well known in the art. These devices may be exposed to temperature fluctuations, which can lead to larger pressure fluctuations inside the housing. To compensate for these pressure fluctuations only holes or openings are provided in a simple case, over which the pressure differences can compensate. In order to avoid a direct ingress of water, it is known to provide such openings with semi-permeable membranes, which allow a gas exchange of air and water vapor between inside and outside, but do not allow water to penetrate in liquid form.

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.From the DE 10 2007 035 094 A1 For example, a housing for an electrical circuit is known in which a pressure compensation element is arranged in the vicinity of a plug connection device. For mechanical protection, the pressure compensation element is located below a cover.

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.The permeability of the membranes to water vapor and the barrier to water as a liquid is a preferred property of these membranes. However, operating conditions of electrical appliances are conceivable in which more water vapor can penetrate into the housing via these membranes, which in unfavorable cases can condense on cooling of the appliance in the interior.

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.The object of the invention is to develop a device for pressure equalization so that an excessive penetration of water vapor and thus condensation of water vapor can be avoided.

Die Aufgabe wird durch die Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.The object is achieved by the device according to claim 1.

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.
Advantageously, a pressure compensation device is provided for a housing,
the device being designed in such a way
in that constructive elements create an air space between a first and a second opening,
wherein the air space is connected via the first opening with an inner space and via the second opening with an outer space of the housing,
wherein at the first opening, a first semipermeable, water vapor permeable membrane is arranged and the air space is in thermal contact with a heat-emitting component in such a way that upon operation of the device, the air space is heated.

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.This approach has the advantage that the interior of the housing via the membrane is not directly connected to the environment / outside world, but is vented through a thermally and hereby influenceable especially in partial pressure air space, so that an influx of water vapor into the housing avoided or reduced can be.

In einer ersten Variante ist das wärmeabgebende Bauelement vorzugsweise innerhalb des Luftraums angeordnet.In a first variant, the heat-emitting component is preferably arranged within the air space.

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.In a second variant, the heat-emitting component is arranged outside the air space and is in thermal contact with a housing wall and / or a wall delimiting the air space, so that the air space can also be heated over this.

Besonders nützlich ist es, wenn das wärmeabgebende Bauelement ein Heizelement oder ein Leistungsbauelement ist.It is particularly useful if the heat-emitting component is a heating element or a power component.

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.In a further preferred embodiment, the second opening is provided with a second semipermeable, water vapor permeable membrane. By this procedure, it is possible to set the airspace defined in its partial pressure properties.

Bevorzugt weist die zweite Membran eine höhere Permeabilität als die erste Membran auf, um einen sicheren aber kontrollierten Gasaustausch nach außen zu gewährleisten.Preferably, the second membrane has a higher permeability than the first membrane to ensure a safe but controlled gas exchange to the outside.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.The invention will be explained in more detail by means of embodiments with reference to the drawings.

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.
It show schematically
  • 1 a first embodiment with a cover,
  • 2 another embodiment with an internal construction,
  • 3 another embodiment with two membranes,
  • 4 a course of the air water content over the temperature.

Bei der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.In the following description of the preferred embodiments, like reference characters designate like or similar components.

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. 1 schematically shows a possible embodiment of a pressure compensation device according to the invention 1 , The device 1 comprises a semipermeable, water vapor permeable membrane 2 , a cover 4 and a heat-emitting component 3 , wherein the device 1 at a housing opening 12 of a housing 10 is arranged. The membrane 2 serves in a known manner the pressure equalization between the interior and the surroundings of the housing 10 , wherein the permeability of the membrane is designed such that water in liquid form can not penetrate into the housing.

Aufgrund der Dampfdurchlässigkeit der Membran stellt sich typischerweise im Innen- und Außenraum der gleiche Dampfpartialdruck einDue to the vapor permeability of the membrane, the same partial pressure of vapor typically sets in the interior and exterior

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.In particular operating situation has been shown that, for example, at high water vapor concentrations in the outside and high temperatures in the interior of the housing, the absolute water content in the interior can be so high that when switching off and cooling the device, a part of the water vapor can fail in liquid form.

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.The core idea of the invention is not the interior of the housing directly over the membrane 2 to vent in the direction of the outside, but via a "partial pressure barrier" or a heated air space 5 to vent. About the heating of the airspace 5 can the water vapor partial pressure in the airspace 5 Preferably be set so that it is equal to or lower than inside the housing, so that due to the partial pressure differences no additional water vapor enters the interior of the housing.

Zum Aufbau einer solchen Partialdruckbarriere ist es erfindungsgemäß vorgesehen, durch konstruktive Ausgestaltung 4 einen beheizbaren Luftraum 5 auszubilden.To build up such a partial pressure barrier, it is inventively provided by structural design 4 a heated airspace 5 train.

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.In the embodiment according to 1 will this airspace 5 by placing a cover 4 over an opening 12 of the housing 10 educated. To set a suitable partial pressure is in the illustrated case within the airspace 5 on the cover 4 a heat-emitting component 3 intended. When operating the device becomes this device 3 powered and heats the airspace 5 on.

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. 2 shows a further embodiment, in which a corresponding airspace 5 in the interior of the housing 10 with the help of constructive elements 4 , For example, on housing extensions, is formed. In contrast to the execution according to 1 is the heat-emitting component 3 but not in the airspace 5 but outside the airspace 5 arranged. For heating the airspace 5 is the heat-emitting component 3 over the housing 10 or constructive element 4 in thermal contact with the airspace 5 so that here too the airspace 5 during operation of the device 3 can be heated.

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.Preferably, this heat-emitting element 3 be designed explicitly as a heating element. Preferably, however, it is also conceivable, in particular to arrange a power component of a circuit located in the housing in thermal contact with the air space. Such an approach has the advantage that during operation of the circuit, the necessary heat on the power loss of the power device to the housing or to the airspace 5 can be delivered. Thus, no additional components for heating the air space 5 benötig.

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. 3 shows a further variant in which the second opening 6 towards the exterior with another semi-permeable membrane 20 is provided, wherein the second membrane 20 preferably has a higher permeability than the first membrane 2 , By doing so, it is possible that the gas exchange can be adjusted to the outside controlled.

4 zeigt schematisch einen Verlauf des Wassergehalts und relativen Luftfeuchtigkeit in Abhängigkeit der Temperatur. Als Beispiel sei angenommen,

  1. 1) dass das Gerät beim Einschalten eine Temperatur von 30°C und eine relative Luftfeuchtigkeit von 80% aufweist.
  2. 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. 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. 4) An diesem Punkt wird das Gerät ausgeschaltet und kühlt ab.
  5. 5) Aufgrund der Abkühlung erhöht sich die relative Luftfeuchtigkeit und es dringt zudem Luft von außen ein.
  6. 6) Im dargestellten Beispiel wird bei 63°C der Taupunkt erreicht und Wasser fällt im Inneren des Gerätes/Gehäuses aus.
4 schematically shows a profile of the water content and relative humidity as a function of temperature. As an example, suppose
  1. 1) that the device has a temperature of 30 ° C and a relative humidity of 80% when switched on.
  2. 2) The device heats up to 80 °, whereby about 15% of the gas volume escapes due to the volume expansion to the outside. The relative humidity drops to about 10%.
  3. 3) Due to the concentration gradient between the environment and the interior of the device, water vapor enters the device via the membrane until it reaches a relative humidity of 60%.
  4. 4) At this point, the device turns off and cools down.
  5. 5) Due to the cooling, the relative humidity increases and it also penetrates air from the outside.
  6. 6) In the example shown, the dew point is reached at 63 ° C and water falls out inside the unit / housing.

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.This heating and cooling behavior is changed by the procedure according to the invention such that during operation of the device a prevents additional water absorption or is reduced so that the water vapor content in the interior of the device when switching off or cooling always below the dew point remains.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
DruckausgleichsvorrichtungPressure-balancing device
22
Membranmembrane
33
wärmeabgebendes Bauelementheat-emitting component
44
konstruktives Element, Abdeckung, Gehäusefortsatzconstructive element, cover, housing extension
55
Luftraumairspace
66
zweite Öffnung, Spalt, Außenöffnungsecond opening, gap, outer opening
1010
Gehäusecasing
1212
erste Öffnung, Gehäuseöffnungfirst opening, housing opening
2020
zweite Membransecond membrane

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102007035094 A1 [0003]DE 102007035094 A1 [0003]

Claims (6)

Druckausgleichsvorrichtung (1) für ein Gehäuse (10), wobei die Vorrichtung (1) derart ausgestaltet ist, dass durch konstruktive Elemente (4) ein Luftraum (5) zwischen einer ersten und zweiten Öffnung (12, 6) aufgebaut ist, wobei der Luftraum (5) über die erste Öffnung (12) mit einem Innenraum und über die zweite Öffnung (6) mit einem Außenraum des Gehäuses verbunden ist, wobei an der ersten Öffnung (12) eine erste semipermeable, wasserdampfdurchlässige Membran (2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftraum (5) mit einem wärmeabgebenden Bauelement (3) derart im thermischen Kontakt steht, dass bei einem Betreiben des Bauelements (3) der Luftraum (5) erwärmt wird.Pressure compensation device (1) for a housing (10), wherein the device (1) is designed such that an air space (5) between a first and second opening (12, 6) is constructed by structural elements (4), wherein the air space (5) via the first opening (12) having an interior space and through the second opening (6) connected to an outer space of the housing, wherein at the first opening (12) a first semi-permeable, water-vapor permeable membrane (2) is arranged, characterized in that the air space (5) is in thermal contact with a heat-emitting component (3) in such a way that when the component (3) is operated the air space (5) is heated. Druckausgleichsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, bei dem das wärmeabgebende Bauelement (3) innerhalb des Luftraums (5) angeordnet ist.Pressure compensation device (1) after Claim 1 in which the heat-emitting component (3) is arranged inside the air space (5). Druckausgleichsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, bei dem das wärmeabgebende Bauelement (3) außerhalb des Luftraums (5) im thermischen Kontakt mit einer Gehäusewand und/oder einer den Luftraum (5) begrenzenden Wand steht.Pressure compensation device (1) after Claim 1 in which the heat-emitting component (3) outside the air space (5) in thermal contact with a housing wall and / or a wall bounding the air space (5). Druckausgleichsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das wärmeabgebende Bauelement (3) ein Heizelement oder ein Leistungsbauelement ist.Pressure compensating device (1) according to one of the preceding claims, in which the heat-emitting component (3) is a heating element or a power component. Druckausgleichsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die zweite Öffnung (6) mit einer zweiten semipermeablen, wasserdampfdurchlässigen Membran (20) versehen ist.Pressure compensating device (1) according to one of the preceding claims, in which the second opening (6) is provided with a second semipermeable, water vapor permeable membrane (20). Druckausgleichsvorrichtung (1) nach Anspruch 5, bei dem die zweite Membran (20) eine höhere Permeabilität als die erste Membran (2) aufweist.Pressure compensation device (1) after Claim 5 in which the second membrane (20) has a higher permeability than the first membrane (2).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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