压力补偿密封件 101：汽车选择指南

人体是一个真正的奇迹。它是众多工业发展的典范。以膜为例：它们确保我们体内的每个细胞都保持健康，因为它们可以渗透保护细胞内部的有益物质，同时抵御有害物质。各行各业的制造商都在使用同样的选择性保护。例如，汽车行业在开发压力补偿时就使用了这个概念。顾名思义，外壳内部和周围环境之间的压力是均衡的。当人体在到达海洋深处或在飞行或攀登高山时补偿增加的压力时，我们会看到这一点；在这些情况下，通常通过吞咽或咀嚼口香糖等简单的任务来调整压力。

电子元件当然不能自行缓解压力，但仍然需要补偿以保护自己免受各种外部影响和物质的影响。必须找到一种既节省空间又节省成本的解决方案，从而为技术和汽车行业创建压力补偿密封件 (PCS)。

压力补偿密封的构造

压力补偿元件通常由几个功能层组成，其核心是集成的细孔膜，具有疏水和疏油特性。膜由膨胀聚四氟乙烯 (ePTFE) 或烧结聚四氟乙烯 (sPTFE) 等材料组成。根据汽车工程的应用领域，它们可以由覆盖膜或标签膜支撑。Mini-PCS 的膜片尺寸是一种特殊的压力补偿元件，在特殊的高精度冲压线上以微型版本制造，带有粘性环，直径为 3 毫米。

如果目的是保护发动机舱内的电子设备，则压力补偿元件需要更高级别的保护，需要一种特殊的薄膜来保护膜免受机械应力和极端天气条件的影响。它们的使用还可以保护电子设备在蒸汽喷射或高压清洁过程中不进水。

这些恶劣环境需要满足防护等级 IP 67、68（防止水和灰尘进入）和 IPX9K（耐高压和蒸汽喷射）的解决方案。直接放置在薄膜下方的专门开发的管道系统提供通风，可靠地确保外壳中的压力平衡。此外，如果需要，保护膜可以标上标识或连续编号，以便更好地追溯。

功能原理

汽车电子设备并非位于真空中，而是位于被空气包围的组件外壳中。由于车辆运行和外部影响（例如温度波动或高度差），外壳中会产生过压（或过压）。使用的 PCS 膜防水防尘，同时透气，可补偿压力差。这些差异可能出现在发动机、转向和气候控制、油泵和水泵以及车辆的敏感传感器区域，仅举几例。

这些膜具有疏水性和疏油性，这意味着即使是汽油或油等液体也能轻松滚落。污垢既不会堵塞膜，也不会渗入外壳内部。

压力补偿元件对于确保外壳中的电子功能至关重要，因为电子故障可能导致完全功能故障。根据应用领域的不同，产品设计在形状、尺寸、气流和粘合剂方面需要高度的灵活性。增加的机械负载（例如蒸汽喷射清洁）需要特别坚固的设计。

根据车辆类型的不同，目前使用的压力补偿解决方案有数百种，而不断提高的车辆复杂性和电气化程度将不可避免地增加对压力补偿元件的需求数倍。

抗 IPX9K 的 PCS 变体的优缺点

与其他解决方案相比，自粘式高保护变体具有多个优势，包括通过按扣或螺钉安装膜的注塑压力平衡变体。高保护 PCS 型号的温度应用范围为 -40˚C 至 150˚C，可以全自动应用，并且由于其平均安装高度小于 0.5 mm，因此需要相对较少的外壳调整。

相比之下，注塑成型变体通常通过部件中的预定义开口或通过螺纹拧入或夹在外壳上。螺钉或卡扣式变体具有与高保护 PCS 变体相同的温度范围：-40°C 至 150°C。安装高度在 1 厘米到 1.5 厘米之间。从机械的角度来看，这是一个非常坚固的解决方案，因为通风膜完全由外壳保护。但是，如果外壳破裂，破裂的塑料颗粒会损坏电子元件并导致功能故障。进一步的缺点是更高的成本、必要的住房调整——在住房规划和实施过程中必须遵守一定的壁厚——以及应用程序的复杂性。

用于轻质结构的粘合和焊接

压力补偿元件通过一个小开口连接到组件上，并且必须牢固可靠地固定，以最佳地适应生产过程。这意味着需要一个快速、干净、可靠的应用解决方案。关于压力补偿元件的紧固有几个考虑因素，包括应用、组件基板。和环境暴露。因素包括组件的材料成分和条件、温度、组件接触参数、带有液体或化学品的压力补偿元件、工艺和成本考虑、必要的外壳调整、应用周期时间以及应用或紧固单元的初始投资。

通过粘合或焊接应用的现代压力补偿元件的一个好处是它们的失重性。粘合更频繁地用于各种行业，包括汽车应用。现在每辆车中至少有 15-18 公斤的粘合剂和胶带。通过这种方式，可以实现原本不可能实现的大规模减重，因为粘合连接成为重型螺钉的受欢迎替代品。

一个关键优势是许多粘合剂可以粘合材料而不会损坏材料，而螺钉由于准时加载会削弱相邻部件，因为孔处会出现应力峰值。由于被连接部件的更大重叠，粘合剂还提供了额外的强度。

在特殊塑料连接的情况下，有时可以通过塑料脱气来附着粘合剂；在这些情况下，使用超声波焊接工艺。该膜解决方案用于压力补偿元件，其膜由 PTFE（聚四氟乙烯）制成。它们可以通过超声波或热接触焊接应用，可用于连接所有类型的固体热塑性塑料和合成纤维。

超声波焊接使用产生高频振动的工具。在这个过程中，要连接的零件以千赫兹的频率振动，并通过摩擦在接触表面产生热量，使材料表面熔化并粘合在一起。这种连接具有很高的耐热性和耐化学性，符合 IP 保护等级 66 和 67（防止水和灰尘进入）。

可超声波焊接的压力补偿元件也可以直接从辊上分配，就像直径适合组件所需通风的自粘压力补偿元件一样。它们的功能通过测试得到保证。

压力补偿密封加铭牌

在许多情况下，外壳不仅必须防止过压、欠压和外部影响，而且还必须用作适当的标记。多个产品和流程步骤大大减慢了申请流程，使采购流程更加复杂，并导致错误率增加。

通过将压力补偿元件集成到铭牌中，多个工艺步骤被浓缩为一个，从而节省时间并将工艺成本降低多达 40%。较低的材料成本、灵活且节省空间的附件以及生产链中的自动应用是压力补偿元件和铭牌组合的进一步优势。此外，与其他解决方案相比，它的潜在错误显着减少，通过标签确保整个供应链的清晰可追溯性，并保护组件免受功能故障的影响。

一切都与大小有关

膜在尺寸方面也是灵活的。可靠通风和通风组件所需的隔膜尺寸在很大程度上取决于外壳设计。必须考虑许多因素，压力补偿元件的膜片必须适应各自的应用。

一个因素是空气通道量，这是一种测量和记录所需气流的方法。透气性取决于膜的类型、自由膜面积的大小和膜孔径。测试确保压力补偿元件在应用中提供最佳的空气供应，从而在组件中提供所需的压力补偿。组件越大，所需的气流就越高。所需面积取决于材料类型、膜制造工艺和膜孔径。

例如，自适应照明系统、激光或矩阵 LED 等新的照明技术已经取代了车辆中的卤素灯，通过适应外部条件极大地提高了驾驶安全性。夜间或恶劣天气条件下可靠和持久的照明对于安全驾驶是必要的。压力补偿元件可保护车辆照明免受灰尘和天气影响。它们确保安全的压力补偿、减少冷凝并支持前照灯的耐用性、质量和亮度。

为了获得最佳照明，光表面和电子外壳变得越来越大，从而增加了对独特压力补偿元件的需求。通风曲线（气流测试）决定了通风量必须达到多大才能使这种现代化的照明技术发挥最佳作用。组件的通风可以通过具有较大空气通道体积的膜来确保，或者通过具有较低空气通道体积的多个压力补偿元件来确保。

辅助系统的安全

自动驾驶车辆必须在与环境通信时对外部影响做出反应。一个重要的先决条件是辅助系统——传感器的“触觉”。对于自动驾驶来说，它们是必不可少的，它们必须在极端条件下工作。

有各种各样的技术可以帮助汽车“看到”周围的世界。现代驾驶员辅助系统能够快速检测到危急情况，警告驾驶员，并在必要时主动干预。

在这里，压力补偿元件也确保辅助系统可靠运行。压力变送器用于高度敏感的测量和控制技术。在它们中，压力以可以机械或电气测量的方式转换。这些组件经常受到环境影响，对它们提出了极高的要求。因此，必须通过最佳压力补偿可靠地保护安装的电子设备免受雨水、溅水、油或盐的影响。这就是压力补偿元件在最小的空间内提供非常有价值的服务的地方。

例如，如果另一辆车或其他障碍物危及变道，雷达变道助手会在转向或转弯时警告驾驶员。驾驶员通过方向盘的振动或后视镜的灯光显示得到警告，并可以及时放弃变道以避免碰撞。压力补偿元件通过为其传感器提供通风和保护来确保变道助手的平稳运行。

新系统，新解决方案

无论车辆使用摄像头、雷达还是光探测和测距 (LiDAR) 系统，它们都有一个共同点：它们必须在所有天气条件下都能完美运行。

特别是在零下温度下，传感器需要的不仅仅是压力补偿。它们必须在驾驶前尽快除冰，并且在驾驶时保持不结冰。这只能通过加热器实现。基于印刷电子的创新加热箔安装在传感器附近。功能性箔片重量轻、平整且柔韧，因此可以以极其节省空间的方式连接到传感器上，并根据要求产生均匀甚至不均匀的加热输出，以实现可靠的除冰。

箔的灵活性和导体轨道的可变设计允许加热箔在形状和尺寸上单独调整。印刷加热结构的平面表面避免了在安装状态下可能出现的导体路径跟踪——这是一种触觉和光学优势。由于箔不是基于市场上可用的标准变体，而是基于组件本身，因此客户的安装工作大大减少，因为不需要针对组件进行结构更改。

无论是雷达系统、轮胎压力传感器、安全气囊控制单元还是自适应行车灯，无论是雷达系统、轮胎压力传感器、安全气囊控制单元还是自适应行车灯，只要在车辆中安装敏感电子设备，它们的保护也是必要的。在电动化和自动驾驶的过程中，这些小小的、隐藏的帮手变得越来越重要。压力补偿元件和加热箔在满足这些组件的不同但关键任务需求方面变得越来越通用。

关于作者：

Adrian Marggraf 是 Schreiner Group 的一个部门Schreiner ProTech的高级产品经理，负责压力补偿元件和功能性模切和模制零件领域。近十年来，他负责监督公司在技术、电子和汽车行业的产品标记和不干胶功能部件计划

审核编辑 黄昊宇