壓力補(bǔ)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(xì)胞都保持健康，因?yàn)樗鼈兛梢詽B透保護(hù)細(xì)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(hù)。例如，汽車行業(yè)在開發(fā)壓力補(bǔ)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(dāng)人體在到達(dá)海洋深處或在飛行或攀登高山時補(bǔ)償增加的壓力時，我們會看到這一點(diǎn)；在這些情況下，通常通過吞咽或咀嚼口香糖等簡單的任務(wù)來調(diào)整壓力。

電子元件當(dāng)然不能自行緩解壓力，但仍然需要補(bǔ)償以保護(hù)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(shù)和汽車行業(yè)創(chuàng)建壓力補(bǔ)償密封件 (PCS)。

壓力補(bǔ)償密封的構(gòu)造

壓力補(bǔ)償元件通常由幾個功能層組成，其核心是集成的細(xì)孔膜，具有疏水和疏油特性。膜由膨脹聚四氟乙烯 (ePTFE) 或燒結(jié)聚四氟乙烯 (sPTFE) 等材料組成。根據(jù)汽車工程的應(yīng)用領(lǐng)域，它們可以由覆蓋膜或標(biāo)簽膜支撐。Mini-PCS 的膜片尺寸是一種特殊的壓力補(bǔ)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(hù)發(fā)動機(jī)艙內(nèi)的電子設(shè)備，則壓力補(bǔ)償元件需要更高級別的保護(hù)，需要一種特殊的薄膜來保護(hù)膜免受機(jī)械應(yīng)力和極端天氣條件的影響。它們的使用還可以保護(hù)電子設(shè)備在蒸汽噴射或高壓清潔過程中不進(jìn)水。

這些惡劣環(huán)境需要滿足防護(hù)等級 IP 67、68（防止水和灰塵進(jìn)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(fēng)，可靠地確保外殼中的壓力平衡。此外，如果需要，保護(hù)膜可以標(biāo)上標(biāo)識或連續(xù)編號，以便更好地追溯。

功能原理

汽車電子設(shè)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(yùn)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(bǔ)償壓力差。這些差異可能出現(xiàn)在發(fā)動機(jī)、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(bǔ)償元件對于確保外殼中的電子功能至關(guān)重要，因?yàn)殡娮庸收峡赡軐?dǎo)致完全功能故障。根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的不同，產(chǎn)品設(shè)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(jī)械負(fù)載（例如蒸汽噴射清潔）需要特別堅固的設(shè)計。

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

抗 IPX9K 的 PCS 變體的優(yōu)缺點(diǎn)

與其他解決方案相比，自粘式高保護(hù)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(hù) PCS 型號的溫度應(yīng)用范圍為 -40?C 至 150?C，可以全自動應(yīng)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(yù)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(hù) 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(jī)械的角度來看，這是一個非常堅固的解決方案，因?yàn)橥L(fēng)膜完全由外殼保護(hù)。但是，如果外殼破裂，破裂的塑料顆粒會損壞電子元件并導(dǎo)致功能故障。進(jìn)一步的缺點(diǎn)是更高的成本、必要的住房調(diào)整——在住房規(guī)劃和實(shí)施過程中必須遵守一定的壁厚——以及應(yīng)用程序的復(fù)雜性。

用于輕質(zhì)結(jié)構(gòu)的粘合和焊接

壓力補(bǔ)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(yīng)生產(chǎn)過程。這意味著需要一個快速、干凈、可靠的應(yīng)用解決方案。關(guān)于壓力補(bǔ)償元件的緊固有幾個考慮因素，包括應(yīng)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(xué)品的壓力補(bǔ)償元件、工藝和成本考慮、必要的外殼調(diào)整、應(yīng)用周期時間以及應(yīng)用或緊固單元的初始投資。

通過粘合或焊接應(yīng)用的現(xiàn)代壓力補(bǔ)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(yīng)用。現(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(shí)現(xiàn)原本不可能實(shí)現(xiàn)的大規(guī)模減重，因?yàn)檎澈线B接成為重型螺釘?shù)氖軞g迎替代品。

一個關(guān)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(zhǔn)時加載會削弱相鄰部件，因?yàn)榭滋帟霈F(xiàn)應(yīng)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(qiáng)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(bǔ)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(yīng)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(xué)性，符合 IP 保護(hù)等級 66 和 67（防止水和灰塵進(jìn)入）。

可超聲波焊接的壓力補(bǔ)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(fēng)的自粘壓力補(bǔ)償元件一樣。它們的功能通過測試得到保證。

壓力補(bǔ)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(dāng)?shù)臉?biāo)記。多個產(chǎn)品和流程步驟大大減慢了申請流程，使采購流程更加復(fù)雜，并導(dǎo)致錯誤率增加。

通過將壓力補(bǔ)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(dá) 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(yīng)用是壓力補(bǔ)償元件和銘牌組合的進(jìn)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(biāo)簽確保整個供應(yīng)鏈的清晰可追溯性，并保護(hù)組件免受功能故障的影響。

一切都與大小有關(guān)

膜在尺寸方面也是靈活的?？煽客L(fēng)和通風(fēng)組件所需的隔膜尺寸在很大程度上取決于外殼設(shè)計。必須考慮許多因素，壓力補(bǔ)償元件的膜片必須適應(yīng)各自的應(yīng)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(bǔ)償元件在應(yīng)用中提供最佳的空氣供應(yīng)，從而在組件中提供所需的壓力補(bǔ)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(yīng)照明系統(tǒng)、激光或矩陣 LED 等新的照明技術(shù)已經(jīng)取代了車輛中的鹵素?zé)簦ㄟ^適應(yīng)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(bǔ)償元件可保護(hù)車輛照明免受灰塵和天氣影響。它們確保安全的壓力補(bǔ)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(dú)特壓力補(bǔ)償元件的需求。通風(fēng)曲線（氣流測試）決定了通風(fēng)量必須達(dá)到多大才能使這種現(xiàn)代化的照明技術(shù)發(fā)揮最佳作用。組件的通風(fēng)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(bǔ)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(yīng)。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(shù)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(yù)。

在這里，壓力補(bǔ)償元件也確保輔助系統(tǒng)可靠運(yùn)行。壓力變送器用于高度敏感的測量和控制技術(shù)。在它們中，壓力以可以機(jī)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(bǔ)償可靠地保護(hù)安裝的電子設(shè)備免受雨水、濺水、油或鹽的影響。這就是壓力補(bǔ)償元件在最小的空間內(nèi)提供非常有價值的服務(wù)的地方。

例如，如果另一輛車或其他障礙物危及變道，雷達(dá)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(bǔ)償元件通過為其傳感器提供通風(fēng)和保護(hù)來確保變道助手的平穩(wěn)運(yùn)行。

新系統(tǒng)，新解決方案

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

特別是在零下溫度下，傳感器需要的不僅僅是壓力補(bǔ)償。它們必須在駕駛前盡快除冰，并且在駕駛時保持不結(jié)冰。這只能通過加熱器實(shí)現(xiàn)?；谟∷㈦娮拥膭?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(shí)現(xiàn)可靠的除冰。

箔的靈活性和導(dǎo)體軌道的可變設(shè)計允許加熱箔在形狀和尺寸上單獨(dú)調(diào)整。印刷加熱結(jié)構(gòu)的平面表面避免了在安裝狀態(tài)下可能出現(xiàn)的導(dǎo)體路徑跟蹤——這是一種觸覺和光學(xué)優(yōu)勢。由于箔不是基于市場上可用的標(biāo)準(zhǔn)變體，而是基于組件本身，因此客戶的安裝工作大大減少，因?yàn)椴恍枰槍M件進(jìn)行結(jié)構(gòu)更改。

無論是雷達(dá)系統(tǒng)、輪胎壓力傳感器、安全氣囊控制單元還是自適應(yīng)行車燈，無論是雷達(dá)系統(tǒng)、輪胎壓力傳感器、安全氣囊控制單元還是自適應(yīng)行車燈，只要在車輛中安裝敏感電子設(shè)備，它們的保護(hù)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(bǔ)償元件和加熱箔在滿足這些組件的不同但關(guān)鍵任務(wù)需求方面變得越來越通用。

關(guān)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(fù)責(zé)壓力補(bǔ)償元件和功能性模切和模制零件領(lǐng)域。近十年來，他負(fù)責(zé)監(jiān)督公司在技術(shù)、電子和汽車行業(yè)的產(chǎn)品標(biāo)記和不干膠功能部件計劃

審核編輯 黃昊宇