JP2018181329A - ハウジング用の圧力補償装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ダイヤフラムが、内側の緊急時ガス抜きをも損傷なしに克服し、かつ変わらずに圧力補償装置においてさらに使用することができるハウジング用の圧力補償装置を提供する。【解決手段】ハウジング用の圧力補償装置であって、圧力補償装置は、内側１と、外側２と、ガス貫流開口４を備えた格子形状のケージ３とを有し、ガス貫流開口４は、内側１と外側２とを必要に応じて流れを通すように接続しており、その貫流可能な方向５において、内側縁部６および外側縁部７によって画成されており、ガス貫流開口４は、ガス透過性のダイヤフラム８によって覆われており、ダイヤフラム８は、フリース材料複合部材１０として形成されており、かつ少なくとも１つのフリース材料層１１を有している。【選択図】図１

Description

本発明は、ハウジング用の圧力補償装置であって、圧力補償装置は、内側と、外側と、ガス貫流開口を備えた格子形状のケージとを有し、ガス貫流開口は、内側と外側とを必要に応じて流れを通すように接続しており、その貫流可能な方向において、内側縁部および外側縁部によって画成されており、ガス貫流開口は、ガス透過性のダイヤフラムによって覆われている、圧力補償装置に関する。

このような圧力補償装置は、欧州特許出願公開第２５５４８８２号明細書に基づいて公知である。公知の圧力補償装置は、ハウジング内における内圧を補償するために設けられており、ハウジングの内部には、電子化学式の装置が配置されている。ガス透過性のダイヤフラムは、内圧の変化に関連して変形可能であり、かつ好ましくはＰＴＦＥ材料から成っている。ダイヤフラムは、緊急時に、内側と外側との間での圧力補償を可能にする。ハウジング内における内圧が望まれずに上昇しすぎた場合に、ダイヤフラムは、緊急時ガス抜きエレメントとして形成された心棒によって破壊される。破壊されたダイヤフラムは、ハウジングの緊急時ガス抜きのためのガス貫流開口を開放する。これによって、ハウジングのための破裂防止装置が与えられている。公知の圧力補償装置の根底を成すコンセプトによれば、圧力補償の機能と緊急時ガス抜きの機能とが、外側からの水圧に対する高い耐性を同時に備えながら、ただ１つの部材において、つまり必要に応じて破壊可能なＰＴＦＥダイヤフラムにおいて組み合わせられている、ということが重要なこととして強調されている。
２つの異なった部材、つまり通常運転中の圧力変化時における圧力補償のための第１の部材と、必要に応じた緊急時ガス抜きのための第２の部材とは、明らかに不都合であると見なされる。

本発明の根底を成す課題は、冒頭に述べた形式の圧力補償装置を改良して、ダイヤフラムの透過性が高められており、これによってダイヤフラムが、内側の緊急時ガス抜きをも損傷なしに克服し、かつ次いで変わらずに圧力補償装置においてさらに使用することができるようにすることである。

この課題は、本発明によれば、請求項１に記載の特徴を備えた圧力補償装置によって解決される。
好適な構成は、従属請求項に記載されている。

課題を解決するために、ハウジング用の圧力補償装置が設けられており、この圧力補償装置は、内側と、外側と、ガス貫流開口を備えた格子形状のケージとを有し、ガス貫流開口は、内側と外側とを必要に応じて流れを通すように接続しており、その貫流可能な方向において、内側縁部および外側縁部によって画成されており、ガス貫流開口は、ガス透過性のダイヤフラムによって覆われており、ダイヤフラムは、フリース材料複合部材として形成されており、かつ少なくとも１つのフリース材料層を有している。
本発明において重要なことは、ダイヤフラムがフリース材料複合部材として形成されており、かつ少なくとも１つのフリース材料層を有していることである。複合部材は、少なくとも２つの部分から形成されている。

フリース材料複合部材は、ＰＴＦＥダイヤフラムとして形成された防水性のダイヤフラムに比べて、著しく大きな透過性を有している。

本発明に係る圧力補償装置は、基本的には、内側と外側との間における差圧が損傷または故障を引き起こすおそれがある、閉鎖されたハウジングを備えたすべての部材のために適している。同時に、水が外側からダイヤフラムを通して内側に達しないことが、ダイヤフラムによって保証されることが望ましい。

例えばバッテリ、インバータ、電動機または自動車ヘッドライトなどの、特に電子機器用のハウジングは、通常、ハウジング内に閉じ込められたデッド容積を有している。
電気自動車におけるバッテリにおいては、このデッド容積は、典型的には２０リットルを超える値であり、これは、全バッテリ容積の約５％〜２０％にもなり得る。バッテリハウジング内におけるバッテリセルの構成に応じて、このデッド容積はさらに大きくなることがある。
同様な状況は、電動機においても発生する。電動機においては、技術的条件に基づいて発生するデッド容積が、例えばモータの巻線の領域においてまたはロータとステータとの間の間隙によって存在している。また設けられている軸受によっても、デッド容積は大きくなる。

電子制御機器のハウジングおよびセンサハウジングもまた同様に、回避不能なデッド容積を閉じ込めている。
同様な状況は、自動車ヘッドライトにおいても与えられている。

気密に閉鎖されたハウジング内においては、運転中における加熱／冷却、例えば天候に基づく外部温度変化、山岳走行および渓谷走行、大気圧変化、特に航空機における運搬時のような運搬過程、またはトンネルへの進入またはトンネルからの進出に基づいて、ハウジングの内部で正圧および負圧が発生することがある。近年では、ハウジングは益々薄壁となり、これによってより軽量に構成されるので、ハウジングはその薄壁に基づいて、望まれない高い差圧に対して保護されねばならない。そのために、圧力補償装置が設けられている。圧力補償エレメントによって圧力ピークを抑制することができ、かつこれによって、ハウジングに対して加えられ得る圧力負荷が、一定範囲において減じられる。

良好に機能する圧力補償装置に対する重要な要求は、通常運転中における良好なガス透過性、緊急時ガス抜き中における内部から外部への高いガス透過性、高い防水性、オイルおよび塵埃に対する良好な汚れ耐性、および良好な機械的な堅牢さである。

特に通常運転時における高いガス透過性および高い防水性は、通常、互いを１つにまとめることが困難である。既に上述したように、ＰＴＦＥダイヤフラムは確かに防水性を有している。しかしながら、ＰＴＦＥダイヤフラムは、圧力補償装置の通常運転時において、ガス透過性に関してはしばしば不十分であるので、このような圧力補償エレメントは、良好な機能のために比較的大きな横断面を有すること、または複数の圧力補償エレメントを互いに平行に配置することが必要である。

これに対して、ダイヤフラムがもっぱら１つのフリース材料層から成っている場合には、このフリース材料層は、確かに高い固有の通気性を有することができる。しかしながら、このようなダイヤフラムは、比較的大きな孔に基づいて、十分な防水性を有していないので、液体は望まれずに外側からダイヤフラムを通って内側に侵入することができる。

ダイヤフラムとしてマイクロ多孔性のＰＴＦＥシートを使用すると、このようなＰＴＦＥシートは、良好な防水性と共に、比較的僅かな通気性しか有しない。このことは、特に、大量のガスを迅速に排出することが必要な緊急時ガス抜き時に、解決しがたい問題を生じさせる。これによって、このようなダイヤフラムは、冒頭に記載したように、臨界圧力の超過時に破壊され、かつこれによってしか迅速な圧力補償が可能でないように設計されている。しかしながら、これによって、ダイヤフラムは次いで破壊され、交換することが必要になる。圧力補償装置は、ダイヤフラムの破壊後に、まずはもはや使用不能になる。

フリース材料複合部材は、圧力補償装置の良好な機能のために十分に高いガス透過性を有している。

好適な構成によれば、少なくとも１つのフリース材料層は、マイクロファイバフリース材料層として形成されることが提案されてよい。このような構成には、マイクロファイバフリース材料層が好適な形式で撥水性に形成されており、かつこれによって高い通気性にもかかわらず、通常の運転条件下において外側から内側への液体の侵入が良好に阻止されるという利点がある。この構成は、例えば、フルオロカーボンまたはポリウレタンを用いた被覆、または含浸、または化学的な栓によって行うことができる。さらに、このように構成されたマイクロファイバフリース材料層は、オイルおよび外部から接触するその他の汚れの侵入をも防止する。さらに、このようなマイクロファイバフリース材料層は、その下に配置された少なくとも１つのダイヤフラム層を損傷／破壊に対して保護する。

さらに、少なくとも１つのフリース材料層は、高吸収材フリース材料層として形成されることが提案されてよい。このような高吸収材フリース材料層は、遮断層として機能し、かついずれにせよ、液体が外側からダイヤフラムを通って内側に侵入することを阻止する。このようなフリース材料層内に含有された高吸収材粒子は、外側からの液体を吸収してそれ自体において保持する。高吸収材は、水との接触時に膨張し、これによって外部から接触している水が、今や閉鎖された面をもはや貫通することができなくなる。高吸収材は、その自重の数倍の液体を吸収しかつ蓄えることができる。

高吸収材フリース材料層は、貫流可能な方向において、ダイヤフラムの、内側に向けられた側に配置されており、かつ外側に向けられた側では、上記のマイクロファイバフリース材料層によって覆われていてよい。これによって、フリース材料複合部材が形成されている。
通常、高吸収材フリース材料層は、その防水性にもかかわらず、単体では十分な形状安定性を有しておらず、したがって、少なくとも１つの支持層を必要とし、この支持層は、上に述べたマイクロファイバフリース材料層によって、または他の多孔性材料／他の多孔性構造体によって形成されていてよい。
さらに、外方に向かって取り付けられたマイクロファイバフリース材料層は、高吸収材フリース材料層を支持する。これによって、液体が外側のマイクロファイバフリース材料層を通過した場合にしか、高吸収材フリース材料層は活性化しない。
例えば凝縮水または露のような外側から接触している液滴は、高吸収材フリース材料層をまだ活性化させない。マイクロファイバフリース材料層が例えば数センチメートルの水柱に耐える場合には、高吸収材フリース材料層は、極めて希な場合にしか活性化しない。

したがって、マイクロファイバフリース材料層は、高吸収材フリース材料層のための保持体層を形成している。

高吸収材フリース材料層は、水との接触時に自動閉鎖するように形成されていて、かつ好ましくは少なくとも１メートルの水柱までの防水性を有している。このような防水性は、ハウジング内部における敏感な部材を液体による負荷に対して保護するために、保護クラスＩＰ６７において要求されている。

ダイヤフラムは、ガス貫流開口の外側縁部に素材結合式に結合されていてよい。好ましくは、素材結合式の結合部は、超音波溶接結合部によって形成されている。このような結合部は、簡単にかつプロセス確実に形成可能であり、かつ長い使用時間の間、シール作用を有する。
これとは異なり、素材結合式の結合部を接着結合部によって形成することも可能である。

使用例のそれぞれの与えられた状況に関連して、圧力補償装置が良好なガス透過性のみならず、破裂防止機能をも有する必要がある場合には、破裂防止装置として安全弁を使用することが可能である。この安全弁によって、臨界であると見なされた内側における正圧の超過時に、ダイヤフラムが損傷または破損する前に、緊急時ガス抜きが行われる。したがって、内側の緊急時ガス抜きの後でも、圧力補償装置は、再び制限されることなく使用することができる。すなわち、ダイヤフラムの交換は不要である。
圧力補償装置の内側、ひいてはこのような圧力補償装置を内蔵するハウジングの内部は、これによって望まれない環境条件に対して引き続き保護されている。

安全弁は、円形リング形状に形成されておりかつ外側の方向に凸面状に膨出した、エラストマ材料製の傘形弁を備えていることができ、傘形弁の内周部は、外側縁部にほぼ相当しており、内周部はダイヤフラムに、貫流可能な方向において、外側縁部に向けられた側でシール作用をもって接触している。傘形弁を形成するエラストマ材料は、ガス非透過性および液体非透過性である。内周部は、圧力補償装置の規定通りの使用中に接触領域において流れの短絡が発生することを阻止するために、ダイヤフラムの外周部にシール作用をもって支持されている。

傘形弁は、シールリップとして形成された外周部を有しており、シールリップは、ケージのシール面に、弾性的な予荷重を加えられてシール作用をもって接触しており、ダイヤフラムおよび傘形弁は、内側と外側とを一緒に空間的に互いに隔てており、シールリップは、内側の緊急時ガス抜きのために、かつ内側と外側との間における流れを通す接続部を提供するために、シール面から持ち上がり可能であり、かつ開放位置に移動可能である。
格子形状のケージは、少なくとも２部分から形成されていてよく、外側半部と内側半部とを有することができ、外側半部と内側半部との間に、ダイヤフラムおよび傘形弁が配置されている。傘形弁の、内側に向けられた下側には、内側からの圧力が加えられており、傘形弁の、外側に向けられた上側には、外側からの圧力、つまり周囲圧が加えられている。格子形状のケージは、ダイヤフラムおよび傘形弁に、内圧および外圧を加えることができるようにするために格子形状の貫通部を有している。

圧力補償装置の内側における圧力が、ハウジングの破裂圧を下回る予め設定された限界値を超過すると、傘形弁のシールリップは、圧力が臨界的な限界値を再び下回るまで、緊急時ガス抜きのためにケージのシール面から持ち上がる。次いで、シールリップは自動的に再びシール作用をもってシール面に接触する。圧力補償装置の機能は、破壊なしに行われる。緊急時ガス抜きに続いて、圧力補償装置は、緊急時ガス抜き前におけるように、如何なる制限もなしにさらに使用することができる。

ケージは、好ましくはポリマ材料から成っている。それとは異なり、ケージは金属材料から成っていてもよい。

次に図面を参照しながら、本発明に係る圧力補償装置の一実施形態を詳説する。

本発明に係る圧力補償装置の一実施形態を概略的に示す図である。

図１には、圧力補償装置の一実施形態が概略図で示されている。圧力補償装置は、内側１と外側２との間における望ましくない差圧を回避することが望ましいすべての形式のハウジングのために使用することができる。

圧力補償装置は、内側１と外側２とを有しており、ここには図示されていないハウジングの内部からの圧力は、内側１に作用し、周囲圧、多くの場合大気圧は、外側２に作用する。

圧力補償装置は、格子形状のケージ３を備えており、このケージ３は、図示の実施形態ではケージ３の内側半部２０と外側半部２１とから成っている。ケージ３の内部において内側半部２０と外側半部２１との間には、ガス透過性のダイヤフラム８、および安全弁９として形成された傘形弁１５が配置されている。内側半部２０の一構成部分であるガス貫流開口４は、内側１と外側２とを、必要に応じて流れを通すように接続する。ガス貫流開口４は、方向５において貫流可能であり、かつ内側縁部６および外側縁部７によって画成されている。
圧力補償装置の全使用時間の間、ガス貫流開口４はダイヤフラム８によって常に覆われている。ダイヤフラム８は、ハウジング用の破裂防止に対してまったく寄与しない。
これに対して、傘形弁１５として形成された安全弁９は、破裂防止装置を形成している。ダイヤフラム８および安全弁９は、機能技術的な並行配置形態で配置されており、内側１と外側２との間の圧力差が、ダイヤフラム８および安全弁９に作用にするようになっている。差圧限界値の超過時に初めて（このとき、内側１における圧力は外側２における圧力よりも大きい）、傘形弁１５は、内側１と外側２との間の直接的な経路を、内側１の緊急時ガス抜きのために開放する。
圧力補償装置が配置されているハウジングのための破裂防止装置が、これによって与えられる。

圧力補償装置の通常運転時には、シールリップ１７として形成された外周部１８は、ケージ３のシール面１９に、弾性的な予荷重を加えられてシール作用をもって接触している。圧力補償は、単にガス透過性のダイヤフラム８によって行われる。このダイヤフラム８は、フリース材料複合部材１０として形成されており、かつマイクロファイバフリース材料層１２と高吸収材フリース材料層１３とから成っている。内側１の緊急時ガス抜きのためおよび内側１と外側２との間の流れを通す接続部を提供するためにだけ、シールリップ１７はシール面１９から持ち上がる。緊急時ガス抜き後に、シールリップ１７は自動的に再びシール作用をもってシール面１９に接触する。

ダイヤフラム８による最大可能なガス透過性を有する、上に記載した圧力補償機能に加えて、ガス透過性のダイヤフラム８および安全弁９は、外側２と内側１との間に液体バリアを生じさせる。
そのためには、ダイヤフラム８が明確な形で構成されていること、つまりフリース材料複合部材１０として構成されていることが必要である。

ここに図示された実施形態では、フリース材料複合部材１０としてかつ２部分から形成されているダイヤフラム８は、マイクロファイバフリース材料層１２と高吸収材フリース材料層１３とを有しており、高吸収材フリース材料層１３は、貫流可能な方向５において、ダイヤフラム８の、内側１に向けられた側に配置されている。ダイヤフラム８の、外側２に向けられた側において、高吸収材フリース材料層１３はマイクロファイバフリース材料層１２によって覆われている。
高吸収材フリース材料層１３に液体が作用すると、この高吸収材フリース材料層１３は液体をその構造内に吸収し、これによって高吸収材フリース材料層１３は膨らみ、ガス貫流開口４を気密に閉鎖する。したがって、ガス貫流開口４は、相応に防水性を有することになる。

ダイヤフラム８にもはや液体が作用しなくなった後で、かつダイヤフラム８が再び乾燥した後で、ダイヤフラム８は新たにガス透過性になり、これによってガス貫流開口４を、ダイヤフラム８を通して再び開放する。

付言すると、高吸収材フリース材料層１３がガス貫流開口４を気密に閉鎖する上に記載した事例は、緊急時には現れない。外側２に向かって配置されたマイクロファイバフリース材料層１２は、高吸収材フリース材料層１３のために保護層を形成しており、通常時の間は、液体は高吸収材フリース材料層１３から完全に遠ざけられている。つまり、マイクロファイバフリース材料層１２は、典型的には、数センチメートルの水柱、特に飛沫水または衝撃水に耐える。高吸収材フリース材料層１３への液体の作用は、緊急時においてのみ、例えば、圧力補償装置が設けられているハウジングが、比較的長時間にわたって完全に水中にあるような場合に生じ、この場合、存在する水柱は、マイクロファイバフリース材料層を貫通することができるような高さを有している。

ケージ３の上側半部２１における貫通部には、符号１４が付されている。

ケージ３は、ここに示された実施形態では、ポリマ材料から成っており、ダイヤフラム８は、ガス貫流開口４の外側縁部７と超音波溶接されている。上側半部２１は、ダイヤフラム８を覆っており、これによってダイヤフラム８を望ましくない環境条件に対して保護している。

Claims (14)

1. ハウジング用の圧力補償装置であって、当該圧力補償装置は、内側（１）と、外側（２）と、ガス貫流開口（４）を備えた格子形状のケージ（３）とを有し、前記ガス貫流開口（４）は、前記内側（１）と前記外側（２）とを必要に応じて流れを通すように接続しており、その貫流可能な方向（５）において、内側縁部（６）および外側縁部（７）によって画成されており、前記ガス貫流開口（４）は、ガス透過性のダイヤフラム（８）によって覆われており、該ダイヤフラム（８）は、フリース材料複合部材（１０）として形成されており、かつ少なくとも１つのフリース材料層（１１）を有している、ハウジング用の圧力補償装置。
2. 前記少なくとも１つのフリース材料層（１１）は、マイクロファイバフリース材料層（１２）として形成されている、請求項１記載の圧力補償装置。
3. 前記少なくとも１つのフリース材料層（１１）は、高吸収材フリース材料層（１３）として形成されている、請求項１または２記載の圧力補償装置。
4. 前記高吸収材フリース材料層（１３）は、前記貫流可能な方向（５）において、前記ダイヤフラム（８）の、前記内側（１）に向けられた側に配置されており、かつ前記外側（２）に向けられた側では前記マイクロファイバフリース材料層（１２）によって覆われている、請求項３記載の圧力補償装置。
5. 前記マイクロファイバフリース材料層（１２）は、前記高吸収材フリース材料層（１３）のための保持体層を形成している、請求項３または４記載の圧力補償装置。
6. 前記高吸収材フリース材料層（１３）は、水との接触時に自動閉鎖するように形成されており、かつ少なくとも１ｍの水柱までの防水性を有している、請求項３から５までのいずれか１項記載の圧力補償装置。
7. 前記ダイヤフラム（８）は、前記外側縁部（７）に素材結合式に結合されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の圧力補償装置。
8. 前記ダイヤフラム（８）には、破裂防止装置として形成された安全弁（９）が、機能技術的に並行配置形態で対応配置されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の圧力補償装置。
9. 前記安全弁（９）は、円形リング形状に形成されておりかつ前記外側（２）の方向（５）に凸面状に膨出した、エラストマ材料製の傘形弁（１５）を備えており、該傘形弁（１５）の内周部（１６）は、前記外側縁部（７）にほぼ相当しており、前記内周部（１６）は、前記貫流可能な方向（５）において、前記外側（２）に向けられた側でシール作用をもって前記ダイヤフラム（８）に接触している、請求項８記載の圧力補償装置。
10. 前記傘形弁（１５）は、シールリップ（１７）として形成された外周部（１８）を有しており、前記シールリップ（１７）は、前記ケージ（３）のシール面（１９）に、弾性的な予荷重を加えられてシール作用をもって接触しており、前記ダイヤフラム（８）および前記傘形弁（１５）は、前記内側（１）と前記外側（２）とを一緒に空間的に互いに隔てており、前記シールリップ（１７）は、前記内側（１）の緊急時ガス抜きのために、かつ前記内側（１）と前記外側（２）との間に流れを通す接続部を提供するために、前記シール面（１９）から持ち上がり可能であり、かつ開放位置に移動可能である、請求項９記載の圧力補償装置。
11. 請求項１から１０までのいずれか１項記載の圧力補償装置を含むハウジング。
12. 電動機または出力電子機器のような電子コンポーネントを取り囲んでいる、請求項１１記載のハウジング。
13. ヘッドライトハウジングとして形成されている、請求項１１または１２記載のハウジング。
14. 化学的な反応器を取り囲んでいる、請求項１１記載のハウジング。

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