DE102006042518A1

DE102006042518A1 - Sicherheitsklappe

Info

Publication number: DE102006042518A1
Application number: DE102006042518A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dr.-Ing. Heckenberger
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 2006-09-07
Filing date: 2006-09-07
Publication date: 2008-03-27

Abstract

Sicherheitsklappe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen Kanal (3) zur Führung von Luft, wobei an einem Ende des Kanals (3) eine potentiell brandgefährdete Einheit (1) angeordnet ist, und ein Klappenelement (4), wobei der Kanal (3) durch das Klappenelement (4) insbesondere im Fall eines Brandes der Einheit (1) verschließbar ist, wobei die Verstellung des Klappenelements (4) durch einen thermomechanischen Aktuator (6) bewirkbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sicherheitsklappe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei Kraftfahrzeugen insbesondere mit Hybridantrieb ist regelmäßig eine elektrochemische Energiequelle mit einer hohen Leistungsdichte vorhanden. Zur Kühlung der Energiequelle ist es bekannt, eventuell konditionierte Luft aus einem Passagierbereich des Fahrzeugs zu der Energiequelle zu leiten. Um im Falle einer Betriebsstörung wie etwa einem Brand der Energiequelle eine Gefährdung der Fahrzeuginsassen durch Rauchgase und andere Schadstoffe zu vermeiden, ist es bekannt, in einem den Passagierraum mit der Energiequelle verbindenden Luftkanal eine Sicherheitsklappe vorzusehen. Solche Sicherheitsklappen sind entweder elektrisch betätigt oder arbeiten nach Art einer Rückschlagklappe. Bei der ersten Variante ist die Funktion der Sicherheitsklappe im Fall einer Betriebsstörung nicht ausreichend sichergestellt, da regelmäßig die Energiequelle selbst die Energie zur Betätigung der Sicherheitsklappe liefert. Eine von der Energiequelle vollständig getrennte elektrische Sicherheitsschaltung ist aufwendig und kostspielig. Im Fall der bekannten Ausgestaltung als rein mechanische Rückschlagklappe resultiert im Normalbetrieb ein unerwünschter Druckabfall bzw. eine Strömungsbehinderung der Kühlluft.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Sicherheitsklappe anzugeben, die kostengünstig herstellbar ist und eine hohe Funktionssicherheit gegenüber Störfällen aufweist.
Diese Aufgabe wird für eine eingangs genannte Sicherheitsklappe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Durch die Verstellung des Klappenelements mittels eines thermomechanischen Aktuators ist das Schließen der Klappe unmittelbar durch einen Gefahr signalisierenden Temperaturanstieg bedingt, wobei je nach Anforderungen auf eine elektrische oder elektromechanische Betätigung vollständig verzichtet werden kann. Auch kann die Schließung bei Bedarf unabhängig von Größe und Richtung einer in dem Kanal herrschenden Gasströmung vorgenommen werden. Unter einem thermomechanischen Aktuator im Sinne der Erfindung ist jedes Element zu verstehen, das bei einer entsprechenden Temperaturänderung eine unmittelbare Wandlung der mit der Temperaturänderung einhergehenden Wärmeenergie in eine mechanische Kraft bewirkt.
In vorteilhafter Ausgestaltung umfasst der Aktuator als thermisch aktives Element dabei zumindest eines aus der Gruppe Wachselement, Memorymetall, Memorykunststoff und Bimetall. Diese Elemente sind kostengünstig, weit verbreitet und auf einfache Weise an die Anforderungen wie etwa die Auslösetemperatur anpassbar.
Eine erfindungsgemäße Sicherheitsklappe eignet sich besonders gut, wenn die potentiell brandgefährdete Einheit eine elektrische Energiequelle zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs ist. Solche elektrische Energiequellen können z. B. Nickel-Metallhydrid-Akkumulatoren oder auch Lithium-Ionen-Batterien sein. Diese insbesondere bei Hybrid-Fahrzeugen eingesetzten Energiequel len zeichnen sich durch hohe Energiedichten aus, wobei im Falle von Überhitzungen, Kurzschlüssen oder ähnlichen unvorhergesehenen Ereignissen ein Brand oder allgemein der Austritt von schädlichen Gasen nicht ausgeschlossen werden kann. Besonders bevorzugt ist dabei der Kanal zur Führung von Luft aus einem Passagierbereich des Fahrzeugs zu der Energiequelle ausgebildet. Eine solche Anordnung ermöglicht eine einfache und kostengünstige Kühlung der Energiequelle, wobei die Luft des Passagierbereichs unter Umständen durch eine Klimaanlage des Fahrzeugs konditioniert ist und daher weitgehend unabhängig von der Außentemperatur ausreichende Eigenschaften zur Kühlung der Energiequelle aufweist. Allerdings wird hierdurch der sicherheitsrelevante Nachteil einer unmittelbaren räumlichen Verbindung der Energiequelle mit dem Passagierbereich erkauft. Die erfindungsgemäße Sicherheitsklappe bewirkt durch ihr Verschließen des Kanals im Störfall somit eine einfache und zuverlässige Verbesserung der Sicherheit der Passagiere, indem zum einen keine Rauchgase in den Passagierraum eintreten können und zum anderen der Brandherd von einer Sauerstoffzufuhr abgeriegelt wird.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist zwischen dem Klappenelement und dem Aktuator ein Kraftübertragungsmittel angeordnet. Hierdurch lässt sich neben der Optimierung der Klappenbetätigung insbesondere eine räumliche Trennung von Klappenelement und Aktuator erzielen, so dass z. B. der Aktuator in unmittelbarer Nähe der brandgefährdeten Einheit im Interesse einer schnellen Reaktion angeordnet werden kann, wobei das den Kanal im Brandfall versperrende Klappenelement im Interesse einer langen Standzeit im Brandfall in einigem Abstand von der brandgefährdeten Einheit angeordnet werden kann. Ein solches Kraftübertragungsmittel kann insbesondere bevorzugt ein Gestänge umfassen oder auch ein Zugseil oder auch eine hydraulische Leitung oder eine Kombination der genannten Elemente.
In weiterhin bevorzugter Ausführung ist das Klappenelement in einer geöffneten Stellung durch einen mechanischen Energiespeicher kraftbeaufschlagt. Hierdurch kann das Klappenelement im Bedarfsfall besonders schnell verschlossen werden und insbesondere in der geschlossenen Stellung kraftbeaufschlagt gehalten werden, so dass ein sicherer Verschluss des Kanals auch nach einem Absinken der störfallbedingten Temperatur gegeben ist. In einfacher und kostengünstiger Ausführung ist der mechanische Energiespeicher dabei als elastischer Materialbereich einstückig mit dem Klappenelement ausgebildet. Alternativ oder ergänzend kann der Energiespeicher auch eine zusätzliche Feder umfassen.
Im Interesse eines schnellen Verschließens der Sicherheitsklappe ist das Klappenelement in seiner geöffneten Stellung durch ein lösbares Halteglied, insbesondere einen Riegel, Haken oder Bolzen gehalten. Insbesondere bei Kombination z. B. mit einem Energiespeicher kann die Betätigung des Klappenelements durch den thermomechanischen Aktuator somit auf eine Betätigung des Haltegliedes beschränkt sein, wodurch ein schnelles und sicheres Verschließen auf einfache Weise ermöglicht ist
Allgemein bevorzugt umfasst die erfindungsgemäße Sicherheitsklappe einen Sensor zur Messung einer Position des Klappenelements. Dabei kann sowohl eine Erkennung der geöffneten Klappenposition als auch eine Erkennung der geschlossenen Klappenposition je nach Anforderung sinnvoll sein. So kann es gewünscht sein, ein fehlerhaftes Auslösen der Sicherheitsklappe zu erkennen, da hierdurch die Kühlung der Einheit unterbrochen würde. Andererseits kann auch bei tatsächlichem Vorliegen eines Störfalls das Schließen der Klappe die erste Reaktion auf den Störfall darstellen, da z. B. Hochleistungsbatterien auch im Falle des Brandes einzelner Zellen noch Energie liefern können.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie aus den abhängigen Ansprüchen.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Sicherheitsklappe.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Sicherheitsklappe.
1 zeigt einen schematischen Ausschnitt aus einem Kraftfahrzeug mit einem Hybrid-Antrieb, das eine Lithium-Ionen-Batterie 1 zur Energieversorgung eines Elektroantriebs umfasst. Die Lithium-Ionen-Batterie 1 hat eine hohe Leistungsdichte und ist eine potentiell brandgefährdete Einheit des Kraftfahrzeugs.
Zur Kühlung der Einheit 1 ist zwischen einem Fahrgastraum 2 und der Einheit 1 ein Luftkanal 3 angeordnet. Durch den Kanal 3 wird über ein nicht dargestelltes Gebläse Luft von dem Passagierraums 2 zu der Einheit 1 befördert.
In dem Kanal 3 ist ein Klappenelement 4 einer Sicherheitsklappe angeordnet, das je nach seiner Stellung den Luftstrom durch den Kanal 3 passieren lässt (offene Stellung) oder den Kanal 3 versperrt (geschlossene Stellung). Das Klappenelement 4 ist durch ein Kraftübertragungsmittel 5 mit einem thermomechanischen Aktuator 6 verbunden. Der Aktuator 6 ist in unmittelbarer Nähe der Lithium-Ionen-Batterie 1 angeordnet, insbesondere in einem die Batterie 1 umgebenden Gehäuse. Der Aktuator 6 kann auf an sich bekannte Weise ein Ausdehnungselement auf Basis von Wachs und/oder ein Memorymetall und/oder einen Memorykunststoff und/oder ein Bimetall als thermisch aktives Element umfassen.
Ein Anstieg der Temperatur im Bereich der Einheit 1 über einen definierten Grenzwert entspricht einem Störfall, insbesondere einem Brand der Batterie 1. Dies führt zu einer entsprechenden Erhitzung des thermisch aktiven Elements des Aktuators 6 und hierdurch zu einer mechanischen Betätigung des Übertragungsmittels 5 und letztlich einer Verstellung des Klappenelements 4 von der geöffneten Stellung in die geschlossene Stellung. Hierdurch wird ein Durchtritt von Rauchgasen oder anderen giftigen Gasen von der Lithium-Ionen-Batterie 1 durch den Luftkanal 3 in den Passagierbereich 2 des Kraftfahrzeugs verhindert.
Bei der zweiten Ausführungsform gemäß 2 ist das Klappenelement 4 in einer Einspannung 7 im Randbereich des Luftkanals 3 aufgenommen. Das Klappenelement 4 besteht aus einem elastischen Material wie etwa Federblech oder einem geeigneten Kunststoff. In der in 2 dargestellten geöffneten Position ist die Klappe federelastisch in ihre Öffnungsstellung umgebogen und an ihrem Ende durch ein Halteglied 8 in Form eines beweglichen Fanghakens festgehalten. Ein umgebogener Bereich 10 des federeleastischen Klappenelements 4 fungiert dabei als mechanischer Energiespeicher, durch den das Klappenelement 4 in der geöffneten Stellung in Schließrichtung vorgespannt ist.
Bei einem Störfall bzw. Temperaturanstieg bewegt der in 2 nicht dargestellte thermomechanische Aktuator das Kraftübertragungsmittel 5, wodurch der Fanghaken 8 gelöst und das Ende der federelastisch vorgespannten Klappe 4 freigegeben wird. Diese bewegt sich nachfolgend über den Querschnitt des Luftkanals 3, bis sie an einem Anschlag 9 anschlägt und federelastisch gegen diesen gehalten wird. Hierdurch ist ein besonders schnelles und sicheres Verschließen des Luftkanals 3 gewährleistet.

Claims

Sicherheitsklappe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen Kanal (3) zur Führung von Luft, wobei an einem Ende des Kanals (3) eine potentiell brandgefährdete Einheit (1) angeordnet ist, und ein Klappenelement (4), wobei der Kanal (3) durch das Klappenelement (4) insbesondere im Fall eines Brandes der Einheit (1) verschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellung des Klappenelements (4) durch einen thermomechanischen Aktuator (6) bewirkbar ist.
Sicherheitsklappe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (6) als thermisch aktives Element zumindest eines aus der Gruppe Wachselement, Memorymetall, Memorykunststoff und Bimetall umfasst.
Sicherheitsklappe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die potentiell brandgefährdete Einheit (1) eine elektrische Energiequelle zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs ist.
Sicherheitsklappe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (3) zur Führung von Luft aus einem Passagierbereich (2) des Fahrzeugs zu der Energiequelle (1) ausgebildet ist.
Sicherheitsklappe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Klappenelement (4) und dem Aktuator (6) ein Kraftübertragungsmittel (5) angeordnet ist.
Sicherheitsklappe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftübertragungsmittel (5) ein Gestänge umfasst
Sicherheitsklappe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftübertragungsmittel (5) ein Zugseil umfasst.
Sicherheitsklappe nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftübertragungsmittel (5) eine hydraulische Leitung umfasst.
Sicherheitsklappe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Klappenelement (4) in einer geöffneten Stellung durch einen mechanischen Energiespeicher (10) kraftbeaufschlagt ist.
Sicherheitsklappe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (10) als elastischer Materialbereich einstückig mit dem Klappenelement ausgebildet ist.
Sicherheitsklappe nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher eine Feder umfasst.
Sicherheitsklappe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Klappenelement (4) in seiner geöffneten Stellung durch ein lösbares Halteglied (8), insbesondere einen Riegel, Haken oder Bolzen, gehalten ist.
Sicherheitsklappe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor zur Messung einer Position des Klappenelements vorgesehen ist.