壓力補償密封件 101：汽車選擇指南

人體是一個真正的奇跡。它是眾多工業(yè)發(fā)展的典范。以膜為例：它們確保我們體內(nèi)的每個細胞都保持健康，因為它們可以滲透保護細胞內(nèi)部的有益物質(zhì)，同時抵御有害物質(zhì)。各行各業(yè)的制造商都在使用同樣的選擇性保護。例如，汽車行業(yè)在開發(fā)壓力補償時就使用了這個概念。顧名思義，外殼內(nèi)部和周圍環(huán)境之間的壓力是均衡的。當人體在到達海洋深處或在飛行或攀登高山時補償增加的壓力時，我們會看到這一點；在這些情況下，通常通過吞咽或咀嚼口香糖等簡單的任務來調(diào)整壓力。

電子元件當然不能自行緩解壓力，但仍然需要補償以保護自己免受各種外部影響和物質(zhì)的影響。必須找到一種既節(jié)省空間又節(jié)省成本的解決方案，從而為技術和汽車行業(yè)創(chuàng)建壓力補償密封件 (PCS)。

壓力補償密封的構造

壓力補償元件通常由幾個功能層組成，其核心是集成的細孔膜，具有疏水和疏油特性。膜由膨脹聚四氟乙烯 (ePTFE) 或燒結聚四氟乙烯 (sPTFE) 等材料組成。根據(jù)汽車工程的應用領域，它們可以由覆蓋膜或標簽膜支撐。Mini-PCS 的膜片尺寸是一種特殊的壓力補償元件，在特殊的高精度沖壓線上以微型版本制造，帶有粘性環(huán)，直徑為 3 毫米。

如果目的是保護發(fā)動機艙內(nèi)的電子設備，則壓力補償元件需要更高級別的保護，需要一種特殊的薄膜來保護膜免受機械應力和極端天氣條件的影響。它們的使用還可以保護電子設備在蒸汽噴射或高壓清潔過程中不進水。

這些惡劣環(huán)境需要滿足防護等級 IP 67、68（防止水和灰塵進入）和 IPX9K（耐高壓和蒸汽噴射）的解決方案。直接放置在薄膜下方的專門開發(fā)的管道系統(tǒng)提供通風，可靠地確保外殼中的壓力平衡。此外，如果需要，保護膜可以標上標識或連續(xù)編號，以便更好地追溯。

功能原理

汽車電子設備并非位于真空中，而是位于被空氣包圍的組件外殼中。由于車輛運行和外部影響（例如溫度波動或高度差），外殼中會產(chǎn)生過壓（或過壓）。使用的 PCS 膜防水防塵，同時透氣，可補償壓力差。這些差異可能出現(xiàn)在發(fā)動機、轉(zhuǎn)向和氣候控制、油泵和水泵以及車輛的敏感傳感器區(qū)域，僅舉幾例。

這些膜具有疏水性和疏油性，這意味著即使是汽油或油等液體也能輕松滾落。污垢既不會堵塞膜，也不會滲入外殼內(nèi)部。

壓力補償元件對于確保外殼中的電子功能至關重要，因為電子故障可能導致完全功能故障。根據(jù)應用領域的不同，產(chǎn)品設計在形狀、尺寸、氣流和粘合劑方面需要高度的靈活性。增加的機械負載（例如蒸汽噴射清潔）需要特別堅固的設計。

根據(jù)車輛類型的不同，目前使用的壓力補償解決方案有數(shù)百種，而不斷提高的車輛復雜性和電氣化程度將不可避免地增加對壓力補償元件的需求數(shù)倍。

抗 IPX9K 的 PCS 變體的優(yōu)缺點

與其他解決方案相比，自粘式高保護變體具有多個優(yōu)勢，包括通過按扣或螺釘安裝膜的注塑壓力平衡變體。高保護 PCS 型號的溫度應用范圍為 -40?C 至 150?C，可以全自動應用，并且由于其平均安裝高度小于 0.5 mm，因此需要相對較少的外殼調(diào)整。

相比之下，注塑成型變體通常通過部件中的預定義開口或通過螺紋擰入或夾在外殼上。螺釘或卡扣式變體具有與高保護 PCS 變體相同的溫度范圍：-40°C 至 150°C。安裝高度在 1 厘米到 1.5 厘米之間。從機械的角度來看，這是一個非常堅固的解決方案，因為通風膜完全由外殼保護。但是，如果外殼破裂，破裂的塑料顆粒會損壞電子元件并導致功能故障。進一步的缺點是更高的成本、必要的住房調(diào)整——在住房規(guī)劃和實施過程中必須遵守一定的壁厚——以及應用程序的復雜性。

用于輕質(zhì)結構的粘合和焊接

壓力補償元件通過一個小開口連接到組件上，并且必須牢固可靠地固定，以最佳地適應生產(chǎn)過程。這意味著需要一個快速、干凈、可靠的應用解決方案。關于壓力補償元件的緊固有幾個考慮因素，包括應用、組件基板。和環(huán)境暴露。因素包括組件的材料成分和條件、溫度、組件接觸參數(shù)、帶有液體或化學品的壓力補償元件、工藝和成本考慮、必要的外殼調(diào)整、應用周期時間以及應用或緊固單元的初始投資。

通過粘合或焊接應用的現(xiàn)代壓力補償元件的一個好處是它們的失重性。粘合更頻繁地用于各種行業(yè)，包括汽車應用?，F(xiàn)在每輛車中至少有 15-18 公斤的粘合劑和膠帶。通過這種方式，可以實現(xiàn)原本不可能實現(xiàn)的大規(guī)模減重，因為粘合連接成為重型螺釘?shù)氖軞g迎替代品。

一個關鍵優(yōu)勢是許多粘合劑可以粘合材料而不會損壞材料，而螺釘由于準時加載會削弱相鄰部件，因為孔處會出現(xiàn)應力峰值。由于被連接部件的更大重疊，粘合劑還提供了額外的強度。

在特殊塑料連接的情況下，有時可以通過塑料脫氣來附著粘合劑；在這些情況下，使用超聲波焊接工藝。該膜解決方案用于壓力補償元件，其膜由 PTFE（聚四氟乙烯）制成。它們可以通過超聲波或熱接觸焊接應用，可用于連接所有類型的固體熱塑性塑料和合成纖維。

超聲波焊接使用產(chǎn)生高頻振動的工具。在這個過程中，要連接的零件以千赫茲的頻率振動，并通過摩擦在接觸表面產(chǎn)生熱量，使材料表面熔化并粘合在一起。這種連接具有很高的耐熱性和耐化學性，符合 IP 保護等級 66 和 67（防止水和灰塵進入）。

可超聲波焊接的壓力補償元件也可以直接從輥上分配，就像直徑適合組件所需通風的自粘壓力補償元件一樣。它們的功能通過測試得到保證。

壓力補償密封加銘牌

在許多情況下，外殼不僅必須防止過壓、欠壓和外部影響，而且還必須用作適當?shù)臉擞洝６鄠€產(chǎn)品和流程步驟大大減慢了申請流程，使采購流程更加復雜，并導致錯誤率增加。

通過將壓力補償元件集成到銘牌中，多個工藝步驟被濃縮為一個，從而節(jié)省時間并將工藝成本降低多達 40%。較低的材料成本、靈活且節(jié)省空間的附件以及生產(chǎn)鏈中的自動應用是壓力補償元件和銘牌組合的進一步優(yōu)勢。此外，與其他解決方案相比，它的潛在錯誤顯著減少，通過標簽確保整個供應鏈的清晰可追溯性，并保護組件免受功能故障的影響。

一切都與大小有關

膜在尺寸方面也是靈活的?？煽客L和通風組件所需的隔膜尺寸在很大程度上取決于外殼設計。必須考慮許多因素，壓力補償元件的膜片必須適應各自的應用。

一個因素是空氣通道量，這是一種測量和記錄所需氣流的方法。透氣性取決于膜的類型、自由膜面積的大小和膜孔徑。測試確保壓力補償元件在應用中提供最佳的空氣供應，從而在組件中提供所需的壓力補償。組件越大，所需的氣流就越高。所需面積取決于材料類型、膜制造工藝和膜孔徑。

例如，自適應照明系統(tǒng)、激光或矩陣 LED 等新的照明技術已經(jīng)取代了車輛中的鹵素燈，通過適應外部條件極大地提高了駕駛安全性。夜間或惡劣天氣條件下可靠和持久的照明對于安全駕駛是必要的。壓力補償元件可保護車輛照明免受灰塵和天氣影響。它們確保安全的壓力補償、減少冷凝并支持前照燈的耐用性、質(zhì)量和亮度。

為了獲得最佳照明，光表面和電子外殼變得越來越大，從而增加了對獨特壓力補償元件的需求。通風曲線（氣流測試）決定了通風量必須達到多大才能使這種現(xiàn)代化的照明技術發(fā)揮最佳作用。組件的通風可以通過具有較大空氣通道體積的膜來確保，或者通過具有較低空氣通道體積的多個壓力補償元件來確保。

輔助系統(tǒng)的安全

自動駕駛車輛必須在與環(huán)境通信時對外部影響做出反應。一個重要的先決條件是輔助系統(tǒng)——傳感器的“觸覺”。對于自動駕駛來說，它們是必不可少的，它們必須在極端條件下工作。

有各種各樣的技術可以幫助汽車“看到”周圍的世界?，F(xiàn)代駕駛員輔助系統(tǒng)能夠快速檢測到危急情況，警告駕駛員，并在必要時主動干預。

在這里，壓力補償元件也確保輔助系統(tǒng)可靠運行。壓力變送器用于高度敏感的測量和控制技術。在它們中，壓力以可以機械或電氣測量的方式轉(zhuǎn)換。這些組件經(jīng)常受到環(huán)境影響，對它們提出了極高的要求。因此，必須通過最佳壓力補償可靠地保護安裝的電子設備免受雨水、濺水、油或鹽的影響。這就是壓力補償元件在最小的空間內(nèi)提供非常有價值的服務的地方。

例如，如果另一輛車或其他障礙物危及變道，雷達變道助手會在轉(zhuǎn)向或轉(zhuǎn)彎時警告駕駛員。駕駛員通過方向盤的振動或后視鏡的燈光顯示得到警告，并可以及時放棄變道以避免碰撞。壓力補償元件通過為其傳感器提供通風和保護來確保變道助手的平穩(wěn)運行。

新系統(tǒng)，新解決方案

無論車輛使用攝像頭、雷達還是光探測和測距 (LiDAR) 系統(tǒng)，它們都有一個共同點：它們必須在所有天氣條件下都能完美運行。

特別是在零下溫度下，傳感器需要的不僅僅是壓力補償。它們必須在駕駛前盡快除冰，并且在駕駛時保持不結冰。這只能通過加熱器實現(xiàn)。基于印刷電子的創(chuàng)新加熱箔安裝在傳感器附近。功能性箔片重量輕、平整且柔韌，因此可以以極其節(jié)省空間的方式連接到傳感器上，并根據(jù)要求產(chǎn)生均勻甚至不均勻的加熱輸出，以實現(xiàn)可靠的除冰。

箔的靈活性和導體軌道的可變設計允許加熱箔在形狀和尺寸上單獨調(diào)整。印刷加熱結構的平面表面避免了在安裝狀態(tài)下可能出現(xiàn)的導體路徑跟蹤——這是一種觸覺和光學優(yōu)勢。由于箔不是基于市場上可用的標準變體，而是基于組件本身，因此客戶的安裝工作大大減少，因為不需要針對組件進行結構更改。

無論是雷達系統(tǒng)、輪胎壓力傳感器、安全氣囊控制單元還是自適應行車燈，無論是雷達系統(tǒng)、輪胎壓力傳感器、安全氣囊控制單元還是自適應行車燈，只要在車輛中安裝敏感電子設備，它們的保護也是必要的。在電動化和自動駕駛的過程中，這些小小的、隱藏的幫手變得越來越重要。壓力補償元件和加熱箔在滿足這些組件的不同但關鍵任務需求方面變得越來越通用。

關于作者：

Adrian Marggraf 是 Schreiner Group 的一個部門Schreiner ProTech的高級產(chǎn)品經(jīng)理，負責壓力補償元件和功能性模切和模制零件領域。近十年來，他負責監(jiān)督公司在技術、電子和汽車行業(yè)的產(chǎn)品標記和不干膠功能部件計劃

審核編輯 黃昊宇