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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventil, insbesondere ein Ventil mit Druckausgleichsfunktion, wobei das Ventil vorzugsweise bei einer Batterie für ein zumindest teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug zum Einsatz kommt. Zudem betrifft die vorliegende Erfindung eine Batterie mit einem derartigen Ventil, insbesondere ein Lithium-Ionen-Batteriepack, sowie ein Kraftfahrzeug, das mit einer entsprechenden Batterie ausgerüstet ist, welche ein derartiges Ventil aufweist.
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In verschiedenen Technologie-Bereichen kommen in letzter Zeit vermehrt hochentwickelte wiederaufladbare Batterien oder Batteriepacks, das heißt ein Zusammenschluss mehrerer einzelner Batteriezellen zu einem Pack oder einer Baugruppe, zum Einsatz, wie zum Beispiel im Kraftfahrzeugbereich zum Antrieb eines Elektromotors oder eines Elektro-Zusatzmotors, der zusätzlich zu einem herkömmlichen Verbrennungsmotor vorgesehen ist, beispielsweise in einem Hybridfahrzeug oder dergleichen. Insbesondere werden dabei Lithium-Ionen-Akkumulatorbaugruppen, sogenannte Lithium-Ionen-Batteriepacks verwendet, deren Handhabung und Funktion aufgrund des hochreaktiven Lithiums verschiedenste Sicherheitsvorkehrungen erfordern. Da es sich bei einem Batteriepack nur um einen Zusammenschluss mehrerer Einzelbatterien handelt, werden im Nachfolgenden die Begriffe „Batterie“ und „Batteriepack“ gleichbedeutend verwendet. Die Sicherheit dieser Batteriepacks, auch Batteriesysteme genannt, ist einer der Schlüsselfaktoren bei deren Industrialisierung auf dem Weltmarkt. Unter anderem ist es bei einem derartigen Lithium-Ionen-Batteriepack von Vorteil, wenn zwischen dem Batteriepackgehäuse und der Umgebung ein Druckausgleich stattfinden kann, um eine Beschädigung des Batteriepackgehäuses durch eventuell auftretende Druckunterschiede zu verhindern. Ein derartiger Druckunterschied kann zum Beispiel durch den Transport des Lithium-Ionen-Batteriepacks in einem Flugzeug, bei einer Gebirgsfahrt eines mit einem Lithium-Ionen-Batteriepacks ausgerüsteten Kraftfahrzeugs, durch die natürlichen Schwankungen des Luftdrucks oder auch durch einfache Temperaturschwankungen entstehen. Bei einem auftretenden Druckunterschied zwischen dem Inneren des Batteriepacks und dessen Umgebung kann dabei das Gehäuse des Batteriepacks mechanisch stark belastet werden, was eventuell zu einer leichten oder in manchen Fällen sogar schweren Beschädigung des Batteriepackgehäuses führen kann. Abgesehen davon, dass dabei Inhalte des Batteriepacks unerwünschterweise nach außen treten können, ist es bei einen derartigen „Bruch“ des Batteriepackgehäuses auch denkbar, dass in der Umgebungsluft gebundene Feuchtigkeit in das Innere des Batteriepacks eindringen und dort beispielsweise an den Kühlsystemen der einzelnen Batteriezellen kondensieren kann, wodurch es zu einer erheblichen Beschädigung des Batteriepacks durch Korrosion oder durch Kurzschlüsse kommen kann.
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Um diesem Problem zu begegnen besitzen bekannte Batteriepacks entsprechende Sicherheitsvorkehrungen, wie zum Beispiel ein Druckausgleichselement mit einem Ventil und einem eingebauten Trocknungsmittel, wie es beispielsweise in der
DE 10 2010 063 423 A1 beschrieben wird. Durch den darin beschriebenen Sicherheitsmechanismus kann ein eventuell notwendiger Druckausgleich zwischen einem vom Batteriepackgehäuse eingeschlossenen Innenraum und der Umgebung herbeigeführt werden, wobei durch das vorgesehene Trockenmittel das Eindringen von Feuchtigkeit in das Batteriepack verhindert wird. Dabei findet der Druckausgleich aufgrund einer Vorspannung der entsprechenden Bauteile durch eine Feder erst ab einem vorgegebenen Differenzdruck zwischen dem Inneren des Batteriepacks und deren Umgebung statt, durch den die von der Feder bereitgestellte Vorspannung überwunden wird und das Ventil öffnet. Ein weiteres Beispiel des Stands der Technik für ein Druckausgleichsventil einer Batterie ist der
EP 0 504 573 A1 zu entnehmen, bei der ein Bleiakkumulator mit einem Zwei-Wege-Entlastungsventil versehen ist, also mit einem Ventil, das sowohl bei einem vorbestimmten Überdruck in der Batteriezelle eine Entlüftung als auch bei einem vorbestimmten Unterdruck eine Belüftung ermöglicht, indem zum Öffnen des Ventils in der einen oder anderen Richtung jeweils eine Federkraft überwunden werden muss, die nach Maßgabe des vorbestimmten Ansprechdrucks einstellbar ist.
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Ein zusätzliches Problem bei der Verwendung von Lithium-Ionen-Batteriepacks besteht darin, dass es bei einem Defekt oder bei der unsachgemäßen Handhabung des Batteriepacks in deren Lithium-Ionen-Zellen zur Gasbildung kommen kann, wodurch ebenfalls ein Druckunterschied zwischen einem vom Batteriepackgehäuse eingeschlossenen Innenraum und der Umgebung auftreten kann, also ein Überdruck im Innern der Zelle entstehen kann. Bei bekannten Batteriepacks wurde diesem Problem unter anderem damit begegnet, dass sich bei einem bestimmten Batteriepack-Innendruck eine speziell dafür vorgesehene Berstmembran des Batteriepacks öffnet beziehungsweise aufbricht und die entstandenen Gase aus diesem entweichen können, um somit dessen thermisches Durchgehen zu verhindern. Aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung stellen die entweichenden Gase jedoch eine wesentliche Gefahr für Mensch und Umwelt dar. Bei den bekannten Batteriepacks kommen entsprechend geeignete Systeme zum Einsatz, um die Gase im Schadensfall gerichtet aus dem Batteriepack zu leiten und diese zu neutralisieren. Damit der Gasaustausch jedoch nur über die vorgesehenen Öffnungen des Batteriepacks erfolgt und im Schadensfall giftige Gase nicht unkontrolliert austreten können, muss das Batteriepackgehäuse gasdicht verschlossen sein. Eine Möglichkeit der Überprüfung der Gasdichtigkeit des Batteriepacks ist daher spätestens ab Fertigstellung des Batteriepacks erforderlich, die jedoch vorzugsweise ohne Zerstörung der Gasdichtigkeit des Batteriepackgehäuses durchführbar sein soll.
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Offenbarung der Erfindung
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Um den vorhergehend diskutierten Problemen zu begegnen wird mit der vorliegenden Erfindung ein Ventil mit den Merkmalen von Anspruch 1 bereitgestellt, vorzugsweise für eine Lithium-Ionen-Batterie. Des Weiteren werden mit der vorliegenden Erfindung eine Batterie mit einem erfindungsgemäßen Ventil sowie ein Fahrzeug, vorzugsweise ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug, mit einer derartigen Batterie bereitgestellt.
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Genauer gesagt weist das erfindungsgemäße Ventil einen Ventilkörper als Hauptbestandteil auf, der einen Durchgang beziehungsweise eine durchgehende Bohrung hat, sowie ein in dem Durchgang angeordnetes erstes Ventilelement, das mit einer Ventilnadel und einem daran befestigten oder damit einstückig ausgebildeten Ventilfuß versehen ist. Die Bewegung des Ventilfußes, und damit die Bewegung der Ventilnadel beziehungsweise des gesamten ersten Ventilelements sind zumindest in einer ersten Richtung von einem ersten Ventilsitz begrenzt, so dass eine Bewegung des Ventilfußes in der ersten Richtung durch den ersten Ventilsitz aufgehalten wird. Ferner weist das Ventil zumindest ein ebenfalls in dem Ventilkörper angeordnetes zweites Ventilelement auf, dessen Bewegung in der ersten Richtung ebenfalls von einem Ventilsitz, dem sogenannten zweiten Ventilsitz begrenzt ist, so dass eine Bewegung des zweiten Ventilelements, das vorzugsweise eine Scheibenform aufweist, in der ersten Richtung durch den zweiten Ventilsitz aufgehalten wird. Schließlich weist das erfindungsgemäße Ventil des Weiteren zumindest ein ebenfalls in dem Ventilkörper angeordnetes drittes Ventilelement auf, dessen Bewegung in einer zweiten Richtung von einem dritten Ventilsitz begrenzt ist, so dass eine Bewegung des dritten Ventilelements, das vorzugsweise eine Scheibenform aufweist, in der zweiten Richtung durch den dritten Ventilsitz aufgehalten wird. Der in dem Ventilkörper vorgesehene Durchgang, der vorzugsweise ein zentraler, entlang der Längsachse des Ventilkörpers verlaufender Durchgang ist, weist dabei eine erste Öffnung sowie eine zweite Öffnung auf, die zu der ersten Öffnung entgegengesetzt angeordnet ist, so dass demnach die beiden Öffnungen zueinander entgegengesetzt angeordnet sind. Ferner ist die vorhergehend definierte erste Richtung im Wesentlichen entgegengesetzt zu der zweiten Richtung ausgerichtet. Ein Eintritt einer in der ersten Richtung verlaufenden Fluidströmung, wie zum Beispiel eines Luftstroms oder dergleichen, in den Durchgang des Ventilkörpers geschieht daher durch die erste Öffnung, und ein Austritt dieser Strömung, für den Fall dass das erste Ventilelement eine ungehinderte Strömung durch den Durchgang zulässt, findet durch die zweite Öffnung statt. Ein Eintritt einer Strömung, die in der zweiten Richtung verläuft, in den Durchgang des Ventilkörpers würde durch die zweite Öffnung geschehen. Da aber eine Bewegung des ersten Ventilelements durch den ersten Ventilsitz aufgehalten ist, kann keine ungehinderte Strömung von der zweiten Öffnung zu der ersten Öffnung hin stattfinden. Der erste Ventilsitz ist demnach vorzugsweise derart in dem Durchgang ausgebildet, dass eine Strömung, die durch die erste Öffnung in den Ventilkörper einströmt, unterbrochen wird.
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Der Ventilfuß des ersten Ventilelements ist vorzugsweise durch ein Federelement, wie zum Beispiel eine einfache Feder in Form einer Sprungfeder oder einer Blattfeder, gegen den ersten Ventilsitz vorgespannt. Das erste Ventilelement bildet zusammen mit dem Ventilkörper und dessen Durchgang sowie mit dem dazugehörigen Federelement ein sogenanntes „Schrader-Ventil“ aus, auch als Autoventil bekannt. Das zweite Ventilelement ist vorzugsweise durch ein Federelement, wie zum Beispiel eine Sprungfeder oder eine Blattfeder, gegen den zweiten Ventilsitz vorgespannt, und das dritte Ventilelement ist vorzugsweise durch ein Federelement, wie zum Beispiel eine Sprungfeder oder eine Blattfeder, gegen den dritten Ventilsitz vorgespannt. Das zweite Ventilelement zusammen mit dem zweiten Ventilsitz im Ventilkörper und dem dazugehörigen Federelement, sowie das dritte Ventilelement zusammen mit dem dritten Ventilsitz im Ventilkörper und dem dazugehörigen Federelement bilden jeweils ein sogenanntes Ein-Wege-Ventil aus. Bei dem erfindungsgemäßen Ventil werden demnach das Schrader-Ventil als ein Druckprüfventil und die beiden gegensätzlich geschalteten Ein-Wege-Ventile als eine Druckausgleichsventilanordnung oder als ein Druckausgleichselement zu einer Einheit in einem einzelnen Ventil zusammengefasst. Die Einheit ermöglicht sowohl die Dichtheitsprüfung eines Batteriepacks, das mit dem erfindungsgemäßen Ventil ausgerüstet ist, als auch den Druckausgleich zwischen dem Batteriepack und der Umgebung und wird an einer geeigneten Stelle in das Gehäuse des Batteriepacks montiert.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche möglich.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Ventils ist die zweite Öffnung des Durchgangs mit einer gasdurchlässigen Membran verschlossen, vorzugsweise einer oleophoben Membran, welche das Eindringen von Feuchtigkeit in das Batteriepack verhindert. Weiter vorzugsweise ist das zweite Ventilelement in einem Kanal in dem Ventilkörper angeordnet, und das dritte Ventilelement kann ebenfalls in einem weiteren Kanal in dem Ventilkörper angeordnet sein, wobei die Kanäle vorzugsweise von dem Durchgang abzweigen, insbesondere an einer bezüglich der ersten Richtung stromaufwärtigen Stelle des Durchgangs, die sich in der ersten Richtung stromaufwärts des ersten Ventilsitzes befindet. Die Kanäle beziehungsweise Luftkanäle für die vorzugsweise zwei Ein-Wege-Ventile zweigen demnach von der Öffnung für das Schrader-Ventil ab. Es ist weiter vorzuziehen, dass sich der Ventilkörper auf der Seite der zweiten Öffnung zumindest über einen Abschnitt verjüngt, dass heißt dass der Außendurchmesser dieses Abschnitts abnimmt beziehungsweise in diesem Abschnitt kleiner ist als der Rest des Ventilkörpers, wobei vorzugsweise die Ventilnadel zumindest teilweise in einem Teil des Durchgangs angeordnet ist, der sich in dem verjüngten Abschnitt erstreckt. Der sich verjüngende Abschnitt kann dabei zumindest teilweise mit einem Außengewinde versehen sein, durch das beispielsweise ein Dichtheitsprüfgerät an dem Ventil angeschlossen werden kann. Das bedeutet, dass bei Verwendung des erfindungsgemäßen Ventils bei einem Batteriepack das Schrader-Ventil zur Überprüfung der Dichtheit des Batteriepackgehäuses dient. An diesem Teil des erfindungsgemäßen Ventils, das heißt an dem sich verjüngenden Abschnitt des Ventilkörpers wird zur Prüfung eine Apparatur angeschlossen, die das Batteriepack bis zu einem definierten Druck mit einem Prüfgas, in der Regel Druckluft, füllt. Nach dem Erreichen des Prüfdruckes wird ein eventuell auftretender Druckabfall im Inneren des Batteriepackgehäuses über einen bestimmten Zeitraum bestimmt. Auf Basis dieser Messung kann die Dichtigkeit beziehungsweise der Dichtigkeitsgrad des Batteriepackgehäuses bestimmt werden.
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Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung wird eine Batterie beziehungsweise ein Batteriepack bereitgestellt, insbesondere eine Lithium-Ionen-Batterie oder dergleichen, die mit einem vorhergehend beschriebenen erfindungsgemäßen Ventil versehen ist, wobei das Ventil ein Teil eines Gehäuses der Batterie ist, um bei geöffnetem Ventil zwischen dem Inneren der Batterie um der Umgebung der Batterie zu verbinden. In einer bevorzugten Ausführung ist das Ventil trennbar mit dem Gehäuse verbunden, beispielsweise mittels einer Gewindeverbindung oder dergleichen, kann aber alternativ dazu auch einstückig mit dem Batteriegehäuse beziehungsweise dem Batteriepackgehäuse verbunden sein. Ferner wird gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Batterie beziehungsweise einem derartigen Batteriepack bereitgestellt.
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Vorteile der Erfindung
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Die Ein-Wege-Ventile des erfindungsgemäßen Ventils, die auch als Druckausgleichselemente bezeichnet werden können, werden während einer Dichtigkeitsprüfung "überbrückt", wodurch für diese Prüfung das gasdichte Verschließen der Öffnungen der Ein-Wege-Ventile nicht erforderlich ist. Die Verbindung der Ein-Wege-Ventile mit dem Schrader-Ventil ermöglicht sowohl die Dichtheitsprüfung des Batteriepacks als auch den Druckausgleich zwischen dem Batteriepack und der Umgebung und wird an nur einer geeigneten Stelle in das Gehäuse des Batteriepacks montiert. Daher kann durch das erfindungsgemäße Ventil der für die Funktionalitäten erforderliche Bauraum minimiert werden. Ferner können dadurch die vorhergehend diskutierten Probleme auf einfache und effektive Art und Weise gelöst werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine Schnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventils im eingebauten Zustand in einer Batterie;
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2 ist eine Schnittansicht der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventils im eingebauten Zustand in einer Batterie, bei der ein Dichtigkeitsprüfgerät an das Ventil angeschlossen ist und auf Dichtigkeit prüft;
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3 ist eine Schnittansicht der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventils im eingebauten Zustand in einer Batterie, wobei ein Außendruck der Batterie einen Innendruck der Batterie übersteigt; und
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4 ist eine Schnittansicht der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventils im eingebauten Zustand in einer Batterie, wobei der Innendruck der Batterie den Außendruck der Batterie übersteigt
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Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
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In 1 bis 4 ist ein Ventil 1 nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in verschiedenen Betätigungszuständen dargestellt. 1 zeigt das erfindungsgemäße Ventil 1 in einem Ruhezustand, montiert in eine Batterie 9, genauer gesagt in ein Batteriegehäuse, dessen Außenwand 91 in 1 bis 4 durch eine zweigepunktete-eingestrichelte Linie dargestellt ist. Das Ventil 1 ist prinzipiell ein zylinderförmiges Bauteil und weist hauptsächlich einen Ventilkörper 2 auf, der bei dieser Ausführungsform wiederum aus einem Abschnitt 21 mit kleinem Außendurchmesser, dem sogenannten sich verjüngenden Abschnitt 21, sowie aus einem Abschnitt 22 mit großem Außendurchmesser besteht, welcher den Rest des Ventilkörpers 2 bildet. Der sich verjüngende Abschnitt 21 hat bei dieser Ausführungsform eine zylindrische Form, kann aber alternativ dazu auch in einer abgeschnittenen Kegelform oder dergleichen ausgeführt sein.
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In seinem Inneren weist der Ventilkörper 2 eine sich entlang der Längsachse des Ventilkörpers 2 erstreckende zentrale Durchgangsbohrung 23 auf, auch Durchgang 23 genannt, der sich von einer Stirnseite des sich verjüngenden Abschnitts 21 zu einer Stirnseite des Abschnitts 22 mit großem Außendurchmesser hin erstreckt. Dabei bildet der Durchgang 23 eine erste vorzugsweise kreisförmige Öffnung 231 an der Stirnseite des Abschnitts 22 mit großem Außendurchmesser sowie eine zweite vorzugsweise kreisförmige Öffnung 232 an der Stirnseite des sich verjüngenden Abschnitts 21 aus. Die erste Öffnung 232 ist im normalen Betrieb des Ventils 1 durch eine gasdurchlässige Membran 7, vorzugsweise eine dünne, oleophobe Membran 7 verschlossen, die auf die Stirnseite des sich verjüngenden Abschnitts 21 aufgebracht ist, beispielsweise durch Kleben oder dergleichen. In dem Bereich des Durchgangs 23, der sich in dem Abschnitt 22 mit großem Außendurchmesser erstreckt, genauer gesagt an einer Stelle 233 unterhalb des Übergangs zwischen dem sich verjüngenden Abschnitt 21 und dem Abschnitt 22 mit großem Außendurchmesser zweigen zwei Kanäle, der erste Kanal 24 und der zweite Kanal 25, von dem Durchgang 23 in den umliegenden Bereich des Abschnitts 22 mit großem Außendurchmesser ab. Die beiden Kanäle 24, 25 verlaufen nach deren Abzweigung kurz im Wesentlichen senkrecht zu dem Durchgang 23 beziehungsweise zu der Längsachse des Ventilkörpers 2 und knicken anschließend im rechten Winkel in Richtung zu der Stirnseite des Abschnitts 22 mit großen Außendurchmesser hin ab und erstrecken sich bis zu dieser, verlaufen also im Wesentlichen nach dem Abknicken parallel zu dem Durchgang 23 und münden schließlich an der Stirnseite des Abschnitts 22 mit großen Außendurchmesser in das Innere der Batterie 9.
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In dem Durchgang 23 ist ein erstes Ventilelement 3 angeordnet, das aus einer Ventilnadel 31 beziehungsweise einem Ventilstift 31 sowie einem Ventilfuß 32, auch als Ventilnadelbasis 32 bezeichnet, besteht. Die Ventilnadel 31 sowie der Ventilfuß 32 sind dabei vorzugsweise rotationssymmetrische Bauteile. Die Ventilnadel 31 ist zumindest teilweise in dem Teil des Durchgangs 23 angeordnet, der sich in dem sich verjüngenden Abschnitt 21 erstreckt, und weist einen Außendurchmesser auf, der kleiner als der Innendurchmesser des Durchgangs 23 ist. Der Ventilfuß 32, der vorzugsweise in einer Scheibenform ausgebildet ist, ist vollständig in dem Abschnitt 22 mit großem Außendurchmesser angeordnet, genauer gesagt in einer ersten Ventilkammer 234, die in dem Durchgang 23 in dem Abschnitt 22 mit großem Außendurchmesser ausgebildet ist. Die erste Ventilkammer 234 hat einen größeren Durchmesser als der Durchgang 23, und der Ventilfuß 32 hat ebenfalls einen größeren Durchmesser als der Durchgang 23 jedoch einen kleineren Durchmesser als die Ventilkammer 234, so dass der Ventilfuß 32 in der ersten Ventilkammer 234 angeordnet ist. Der Ventilfuß 32 ist durch eine Feder 33 gegen einen ersten Ventilsitz 26 vorgespannt, der durch eine Innenwand der ersten Ventilkammer 234 auf der zu der zweiten Öffnung 232 hin ausgerichteten Seite ausgebildet wird, so dass sich das erste Ventilelement 3 im Ruhezustand, also in einem Zustand ohne wesentlichen Druckunterschied zwischen den beiden Seiten des Ventils 1, in einer geschlossenen Stellung befindet, wobei der Ventilfuß 32 in Richtung der zweiten Öffnung 232 beziehungsweise zu dem sich verjüngenden Abschnitt 21 hin vorgespannt ist und dadurch den Durchgang 23 verschließt. An der Ventilkammerseite, die dem ersten Ventilsitz 26 gegenüberliegt, ist ein Vorsprung 2341 vorgesehen, der sich nicht über den gesamten Innenumfang der ersten Ventilkammer 234 erstreckt sondern nur über einen bestimmten Winkelumfangsbereich der Ventilkammerinnenseite erstreckt, vorzugsweise zwischen 45° und 180°, weiter vorzugsweise über 90°. Wie es unter anderem in 2 gezeigt ist, kann der Ventilfuß 32 an dem Vorsprung 2341 aufsetzen, so dass nur der bestimmte Winkelumfangsbereich durch den Ventilfuß 32 abgeschlossen ist und der restliche Winkelumfangsbereich eine durchgehende Öffnung ausbildet, so dass sich das erste Ventilelement 3 in einem im Wesentlichen geöffneten Zustand befindet, ohne dass der Ventilfuß 32 auf der dem ersten Ventilsitz 26 gegenüberliegenden Ventilkammerseite der ersten Ventilkammer 234 aufsetzen kann und die erste Ventilkammer 234, und damit den Durchgang 23, vollständig verschließt. Während des normalen Betriebs, der in 1 dargestellt ist, also einem Ventilbetrieb ohne wesentliche Druckdifferenz zwischen der Außenseite und der Innenseite der Batterie 9, schließt das erste Ventilelement 3, das sogenannte Schrader-Ventil mithilfe der eingebauten Feder 33, den Durchgang 23 vollständig ab.
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Wie es in 2 zu sehen ist, ist in dem ersten Kanal 24 eine zweite Ventilkammer 241 vorgesehen, in der ein zweites Ventilelement 5 angeordnet ist, dessen Durchmesser größer als der Durchmesser des Kanals 24 aber kleiner als der Durchmesser der zweiten Ventilkammer 241 ist. Das zweite Ventilelement 5 ist ähnlich zu dem Ventilfuß 32 durch eine Feder 51 gegen einen zweiten Ventilsitz 27 vorgespannt, der durch eine Innenwand der zweiten Ventilkammer 241 auf der zu der zweiten Öffnung 232 hin ausgerichteten Seite der zweiten Ventilkammer 241 ausgebildet wird, so dass sich das zweite Ventilelement 5 im Ruhezustand in einer geschlossenen Stellung befindet, wobei das zweite Ventilelement 5 in Richtung der zweiten Öffnung 232 beziehungsweise zu dem sich verjüngenden Abschnitt 21 hin vorgespannt ist und dadurch den Kanal 24 im Ruhezustand verschließt. Wie es ferner 2 zu entnehmen ist, ist in dem zweiten Kanal 25 eine dritte Ventilkammer 251 vorgesehen, in der ein drittes Ventilelement 6 angeordnet ist, dessen Durchmesser größer als der Durchmesser des Kanals 25 aber kleiner als der Durchmesser der dritten Ventilkammer 251 ist. Das dritte Ventilelement 6 ist anders als das zweite Ventilelement 5 beziehungsweise gegensätzlich zu dem zweiten Ventilelement 5 durch eine Feder 61 gegen einen dritten Ventilsitz 28 vorgespannt, der durch eine Innenwand der dritten Ventilkammer 251 auf der zu der ersten Öffnung 231 hin ausgerichteten Seite der dritten Ventilkammer 251 ausgebildet wird, so dass sich das dritte Ventilelement 6 im Ruhezustand in einer geschlossenen Stellung befindet, wobei das dritte Ventilelement 6 in Richtung der ersten Öffnung 231 hin vorgespannt ist und dadurch den Kanal 25 im Ruhezustand verschließt.
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In 2 ist zudem ein an das Ventil 1 angeschlossenes Dichtigkeitsprüfgerät 8 dargestellt, das über einen Anschluss 81 mit dem sich verjüngenden Abschnitt 21 verbunden ist, beispielsweise durch eine Schraubverbindung, wobei der Anschluss 81 ein Innengewinde und der sich verjüngende Abschnitt 21 ein passendes Außengewinde aufweisen kann. Jede andere Art der festen Verbindung zwischen dem Anschluss 81 und dem sich verjüngenden Abschnitt 21 des Ventilkörpers 2 des Ventils 1 ist ebenso möglich, wie zum Beispiel eine Klemmverbindung oder dergleichen. Der Anschluss 81 weist einen innen liegenden Bolzen 82 auf, der in dem aufgeschraubten Zustand die Ventilnadel 31 betätigt, das heißt nach unten gegen die Vorspannkraft der Feder 33 drückt, den Ventilfuß 32 von dem Ventilsitz 26 hebt und damit den Durchgang 23 freigibt, so dass eine durchgehende Fluidverbindung zwischen dem Inneren der Batterie 9 und dem Dichtigkeitsprüfgerät 8 entsteht. Um nun die Dichtigkeit des Batteriegehäuses 91 zu überprüfen kann durch das Prüfgerät 8 ein Prüfgas, wie zum Beispiel Druckluft, Helium, Schwefelhexafluorid oder Wasserstoff in das Gehäuse 91 beziehungsweise das Innere der Batterie 9 eingeströmt werden. Da während der Dichtheitsprüfung das Prüfgerät 8 an dem Ventil 1 angeschlossen ist und somit die Ventilnadel 31 gedrückt bleibt, wird erreicht, dass der gleiche Druck auf beiden Seiten des Ventils 1 vorliegt. Das zweite Ventilelement 5 und das dritte Ventilelement 6, die beide Ein-Wege-Ventile ausbilden, verbleiben daher in ihrer jeweiligen Ruhestellung. Mittels des Prüfgeräts 8, das bei Erreichen eines vorgegebenen maximalen Drucks ein Einströmen des Prüfgases beendet, kann nun der Druck innerhalb der Batterie 9 über einem bestimmten Zeitraum gemessen werden und somit vorhandene Undichtigkeiten durch einen eventuell auftretenden Druckabfall über diesen Zeitraum ermittelt werden.
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In 3 ist ein Zustand des Ventils 1 gezeigt, bei dem der Umgebungsdruck der Batterie 9 höher als der Innendruck der Batterie 9 ist. Dabei kommt es durch den Umgebungsüberdruck zu einer Bewegung des zweiten Ventilelements 5 gegen die Vorspannkraft der Feder 51, so dass sich das zweite Ventilelement 5 von dem zweiten Ventilsitz 27 abhebt und das Ein-Wege-Ventil mit dem Ventilelement 5 den Strömungspfad zwischen Umgebung, Durchgang 23, erstem Kanal 24, zweiter Ventilkammer 241 und dem Inneren der Batterie 9 freigibt. Somit kann ein Druckausgleich zwischen der Umgebung und dem Inneren der Batterie 9 stattfinden. Das erste Ventilelement 3 öffnet in diesem Fall nicht, da die Federkraft der Feder 33 größer als die Federkraft der Feder 51 ist, und aus diesem Grund der Umgebungsüberdruck die Federkraft der Feder 33 nicht überwinden kann und daher das Ventilelement 3 nicht bewegt. Wenn der Luftdruck der Umgebung demnach höher ist als der Druck innerhalb der Batterie 9, die hier stellvertretend für ein Batteriepack stehen kann, öffnet sich nach dem Überschreiten der Toleranzschwelle nur das zweite Ventilelement 5 und Luft kann in die Batterie 9 strömen. Die Druckdifferenz kann auf diese Weise ausgeglichen werden.
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In 4 ist ein Zustand des Ventils 1 gezeigt, bei dem der Innendruck der Batterie 9 höher als der Umgebungsdruck der Batterie 9 ist. Dabei kommt es durch den Innenüberdruck zu einer Bewegung des dritten Ventilelements 6 gegen die Vorspannkraft der Feder 61, so dass sich das dritte Ventilelement 6 von dem dritten Ventilsitz 28 abhebt und das Ein-Wege-Ventil mit dem Ventilelement 6 den Strömungspfad zwischen dem Inneren der Batterie 9, der dritten Ventilkammer 251, dem zweiten Kanal 25 und der Umgebung freigibt. Somit kann ein Druckausgleich zwischen dem Inneren der Batterie 9 und der Umgebung stattfinden. Demnach öffnet sich nach dem Überschreiten einer bestimmten Toleranzschwelle das Ventilelement 6 und die Luft strömt nach außen. Die Druckdifferenz kann auf diese Weise ausgeglichen werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010063423 A1 [0003]
- EP 0504573 A1 [0003]
