DE102014111041A1

DE102014111041A1 - Entgasungsventil

Info

Publication number: DE102014111041A1
Application number: DE102014111041.2A
Authority: DE
Inventors: Guido Hofer
Original assignee: Lisa Draexlmaier GmbH
Current assignee: Lisa Draexlmaier GmbH
Priority date: 2014-08-04
Filing date: 2014-08-04
Publication date: 2016-02-04
Anticipated expiration: 2034-08-05
Also published as: DE102014111041B4; US20160036025A1; US10164227B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Entgasungsventil (2, 17) zur Entgasung eines Gehäuses (3), insbesondere eines Gehäuses (3) einer Batterie (1) eines Kraftfahrzeugs, sowie eine solche Batterie (1). Das Entgasungsventil (2, 17) umfasst eine Membran (10), die wasserdicht, aber atmungsaktiv ist. Ein Spannrahmen (11) drückt die Membran (10) gegen ein Auflageelement (9) mit einer vorbestimmten Anpresskraft. Die Anpresskraft ist geringer als eine Auslösekraft, bei der sich die Membran (10) von dem Auflageelement (9) löst und einen Fluidkanal (16) zwischen einem Innenraum (4) des Gehäuses und einer Umgebung (5) des Gehäuses freigibt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Entgasungsventil zur Entgasung eines Gehäuses, insbesondere eines Gehäuses einer Batterie eines Kraftfahrzeuges.
Batteriegehäuse, die im Außenbereich eines Kraftfahrzeugs angeordnet sind, müssen wasserdicht ausgeführt werden, weil eintretendes Schmutz- oder Salzwasser zu Kriechströmen oder gar Kurzschlüssen mit Brandgefahr führen würde. Wenn die Batterien im Innenbereich eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden, wie z.B. im Kofferraum, so müssen die Batterien sogar gasdicht sein, um die Insassen im Falle des Ausgasens einer Energiespeicherzelle vor den austretenden eventuell giftigen Gasen zu schützen.
Auf der anderen Seite kommt es aufgrund von Temperaturänderungen zu Druckschwankungen der im Batteriegehäuse eingeschlossenen Luftmenge, welche zu starken mechanischen Belastungen des Batteriegehäuses führen können. Ebenso erzeugen Luftdruckwechsel durch Wetterumschwünge oder Änderungen der Höhenlage der Kraftfahrzeuge, insbesondere im Gebirge, Kräfte, die sich auf das Batteriegehäuse auswirken.
Somit liegen gegensätzliche Anforderungen vor. Einerseits wird Wasserdichtigkeit bzw. Gasdichtigkeit benötigt. Andererseits wird ein Druckausgleich gefordert.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik, wie z.B. der EP 0 856 897 B1 und der US 6,368,741 B1 , sind Druckausgleichselemente für Batteriegehäuse bekannt, die zwar wasserdicht sind, aber trotzdem einen definierten Gasaustausch zulassen. Für diese Aufgabe haben sich Gore-Tex-Membranen bewährt, wie sie auch in Funktionskleidung zu finden sind. Diese Gore-Tex-Membranen haben die Eigenschaft, wasserdicht, aber atmungsaktiv zu sein.
Zusätzlich ist es bekannt, in den Gehäusewänden separate Berstscheiben vorzusehen, die bei plötzlichen Druckanstiegen in den Gehäusen reißen. Solche Berstscheiben werden beispielsweise in der DE 10 2012 221 753 A1 und der DE 10 2012 219 379 A1 erwähnt. Berstscheiben oder Berstmembranen verschließen eine Öffnung im Gehäuse, sollen aber bei einem bestimmten Druckunterschied zwischen dem Innenraum des Batteriegehäuses und der Umgebung der Batterie reißen und so einen schnellen Gasdurchsatz ermöglichen. Dies kann beispielsweise durch den Einsatz von gezielt geschwächten Gummielementen geschehen. Diese Gummielemente funktionieren aber nicht zuverlässig, da der Gummi in entsprechend dünnen Schichten nicht zuverlässig spritztechnisch hergestellt werden kann. Darüber hinaus verliert der Gummi durch Alterung seine elastischen Eigenschaften. Berstscheiben in Form von dünnen Membranen, die durch einen gezielten Schichtaufbau definierte Versagensdrücke besitzen, sind hingegen sehr teuer.
Beschreibung der Erfindung
Ausgehend vom Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein kostengünstiges Entgasungsventil bereit zu stellen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Entgasungsventil nach Anspruch 1 gelöst. Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Figuren.
Dementsprechend umfasst die Erfindung ein Entgasungsventil zur Entgasung eines Gehäuses, insbesondere eines Gehäuses einer Batterie eines Kraftfahrzeugs, mit einer Membran, die wasserdicht aber atmungsaktiv ist. Atmungsaktiv kann in diesem Zusammenhang insbesondere bedeuten, dass die Membran bei einem bestimmten Druckunterschied zwischen einem Innenraum des Gehäuses und einer Umgebung des Gehäuses ein definiertes Gasvolumen pro Zeiteinheit durchlässt. Das Entgasungsventil weist einen Spannrahmen auf, der die Membran gegen ein Auflageelement, das beispielsweise ein Gitter umfasst, mit einer vorbestimmten Anpresskraft drückt. Die Anpresskraft ist dabei geringer als eine Auslösekraft, bei der sich die Membran von dem Auflageelement löst und einen Fluidkanal zwischen dem Innenraum des Gehäuses und der Umgebung des Gehäuses freigibt. Vom Innenraum des Gehäuses her kann also eine Kraft auf die Membran drücken, die abhängig ist von einem Druckunterschied zwischen dem Innenraum und der Umgebung des Gehäuses. Wenn der Druckunterschied zwischen dem Innenraum und der Umgebung des Gehäuses einen vorbestimmten Schwellwert erreicht und/oder überschreitet, wird die Auslösekraft aufgebracht und die Membran löst sich von dem Auflageelement, so dass der Fluidkanal zwischen dem Innenraum und der Umgebung des Gehäuses freigegeben wird. Wenn die Membran hingegen auf das Auflageelement gedrückt wird, ist vorzugsweise ein Gasaustausch zwischen dem Innenraum des Gehäuses und der Umgebung des Gehäuses nur über die Membran möglich.
Dadurch werden die Funktion eines Überdruckventils, also beispielsweise der genannten Berstscheibe, und die Funktion eines Druckausgleichselements in einem einzigen Entgasungsventil vereinigt. Somit ergeben sich Kostenvorteile nicht nur bei der Herstellung, sondern durch die Reduktion der Anzahl der zu verbauenden Teile auch bei der Montage. Darüber hinaus wird weniger Bauraum benötigt und das Gesamtgewicht der Batterie reduziert sich.
Der Spannrahmen und die Membran sind vorzugsweise derartig angeordnet, dass der Spannrahmen die Membran in Richtung des Innenraums des Gehäuses drückt. Dadurch kann die beschriebene Funktionsweise durch eine besonders einfache Geometrie erreicht werden.
In einer Ausführungsform weist das Entgasungsventil mindestens ein Federelement zum Drücken des Spannrahmens in Richtung des Auflageelements auf. Beispielsweise kann es sich bei dem Federelement um eine Spiralfeder handeln. Vorzugsweise ist das mindestens eine Federelement jedoch als mindestens eine Biegefeder, beispielsweise als mindestens eine Blattfeder, ausgestaltet, die mit dem Spannrahmen verbunden ist.
Das Entgasungsventil kann einen Deckel aufweisen, der einen Anschlag für das mindestens eine Federelement bildet. Vorzugsweise sind dann der Spannrahmen und die Membran zwischen dem Deckel und dem Auflageelement angeordnet.
Der Deckel kann formschlüssig mit einem Gehäusekörpers des Entgasungsventils verbunden sein, der das Auflageelement umfasst. Eine solche formschlüssige Verbindung kann beispielsweise mit Hilfe einer Verrastung erreicht werden. Natürlich wäre auch eine Verschraubung denkbar.
In einer Ausführungsform ist die Membran zwischen dem Spannrahmen und dem Auflageelement eingeklemmt, wenn die Auslösekraft unterschritten ist. Wird die Auslösekraft hingegen erreicht, rutscht die Membran zwischen dem Spannrahmen und dem Auflageelement heraus. Der Auslösevorgang ist bei dieser Ausführungsform also irreversibel. Nach dem Auslösen muss das Entgasungsventil ausgetauscht werden, um seine ursprüngliche Funktionalität zurück zu erhalten.
In einer anderen Ausführungsform ist die Membran mit dem Spannrahmen stoffschlüssig, formschlüssig und/oder kraftschlüssig verbunden. Dies kann beispielsweise erreicht werden, indem die Membran mit dem Spannrahmen verschweißt, verklebt oder verklemmt wird. Das mindestens eine Federelement ist dann vorzugsweise derartig ausgelegt, dass der Spannrahmen mit der Membran vom Auflageelement abhebt, wenn die Auslösekraft erreicht wird, wenn also der Druckunterschied den Schwellwert erreicht und/oder überschreitet. Wenn der Druckunterschied wieder unter den Schwellwert fällt und somit die Auslösekraft nicht mehr aufgebracht wird, drückt das mindestens eine Federelement den Spannrahmen wieder gegen das Auflageelement. Auf diese Weise ist der Auslösemechanismus reversibel. Ein Austauschen des Entgasungsventils nach dem Auslösen ist folglich nicht erforderlich.
Die Membran kann beispielsweise im Wesentlichen kreisförmig und der Spannrahmen im Wesentlichen ringförmig ausgestaltet sein. Dadurch verteilt sich der Druck auf die Membran besonders gleichmäßig.
Die Membran kann zum Beispiel aus Polytetrafluorethylen (PTFE) bestehen. Dieses Material ist auch unter der Bezeichnung TEFLON oder dem Markennamen GORE-TEX^® bekannt.
Der Spannrahmen kann beispielsweise derartig ausgestaltet sein, dass ein Druckunterschied zwischen dem Innenraum des Gehäuses und der Umgebung des Gehäuses, der in einem Bereich zwischen 5 hPa und 50 hPa, insbesondere zwischen 15 hPa und 25 hPa, liegt, zur Auslösekraft führt.
Zusätzlich umfasst die Erfindung eine Batterie für ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Entgasungsventil.
Kurze Figurenbeschreibung
Weitere Details und damit zusammenhängende Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden mit Bezug auf die Figuren erläutert. Dabei zeigen:
1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Batterie;
2a eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Entgasungsventils mit abgenommenem Deckel von schräg oben;
2b das Entgasungsventil aus 2a in einer Sicht von schräg unten mit einem aufgesetzten Deckel;
3 eine Explosionsdarstellung der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Entgasungsventils;
4 eine Schnittdarstellung durch die erste Ausführungsform des Entgasungsventils, wobei die Auslösekraft nicht erreicht ist;
5 eine Schnittdarstellung durch das Entgasungsventil aus 4, wobei die Auslösekraft erreicht ist, und
6 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Entgasungsventils.
In der nachfolgenden Beschreibung werden gleiche und gleichwirkende Elemente, sofern nicht anderes angegeben ist, mit denselben Bezugszeichen benannt.
In der 1 ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Batterie 1 dargestellt. Die Batterie 1 weist ein Entgasungsventil 2 auf, das in einer Wand eines Gehäuses 3 der Batterie 1 angeordnet ist. Das Gehäuse 3 besitzt einen Innenraum 4 und eine Umgebung 5. Aus Vereinfachungsgründen ist das Innenleben der Batterie 1, wie z.B. Energiespeicherzellen, nicht gezeigt.
Eine erste Ausführungsform eines Entgasungsventils 2 ist in den 2a und 2b dargestellt. Die 2a zeigt das Entgasungsventil 2 in einer Sicht von schräg oben, wobei der Deckel 6 nicht auf dem Gehäusekörper 7 aufgesetzt ist. In der 2b ist dasselbe Entgasungsventil 2 noch einmal in einer Sicht von schräg unten dargestellt, wobei sich der Deckel 6 auf dem Gehäusekörper 7 des Entgasungsventils 2 befindet. Über mehrere Rastelemente 8 ist der Deckel 6 mit dem Gehäusekörper 7 formschlüssig verbunden. Der Gehäusekörper 7 besitzt ein Auflageelement 9 in Form eines Gitters, auf dem eine Membran 10 aufliegt. Die Membran 10 ist dabei aus Polytetrafluorethylen hergestellt, das wasserdicht, aber atmungsaktiv ist. Die Membran 10 wird durch einen Spannrahmen 11 mit einer vorbestimmten Anpresskraft gegen das Auflageelement 9 gedrückt. Hierfür besitzt der Spannrahmen 11 vier Biegefedern 12. Diese Biegefedern 12 sind einstückig mit dem Spannrahmen 11 verbunden. Im montierten Zustand, wie er beispielsweise in 2b dargestellt ist, drücken die Biegefedern 12 gegen den Deckel 6, der formschlüssig mit dem Gehäusekörper 7 verbunden ist, so dass die Biegefedern 12 den Spannrahmen 11 mit einer vorbestimmten Anpresskraft auf die Membran drücken, die auf dem Auflageelement 9 aufliegt.
Die Zusammensetzung des Entgasungsventils 2 ist in 3 noch einmal in einer Explosionsdarstellung gezeigt. Der Gehäusekörper 7, der das Auflageelement 9 umfasst, wird in ein Loch 13 des Gehäuses 3 eingeführt und über einen Dichtring 14 gegenüber dem Gehäuse 3 abgedichtet. Mit Hilfe einer Mutter 15, die auf ein Gewinde des Gehäusekörpers 7 geschraubt wird, wird der Gehäusekörper 7 im Loch 13 des Gehäuses 3 befestigt. Auf das Auflageelement 9 des Gehäusekörpers 7 wird die Membran 10 gelegt. Die Membran 10 wird mit Hilfe des Spannrahmens 11, der die vier Biegefedern 12 aufweist, mit einer vorbestimmten Anpresskraft gegen das Auflageelement 9 gedrückt. Als Anschlag für die Biegefedern 12 dient der Deckel 6. Wie der 3 gut zu entnehmen ist, besitzt die Membran 10 im Wesentlichen die Form eines Kreises, während der Spannrahmen 11 im Wesentlichen ringförmig ausgestaltet ist.
In der 4 ist eine Situation des Entgasungsventils 2 dargestellt, in der ein Druckunterschied zwischen dem Innenraum 4 und der Umgebung 5 des Gehäuses 3 nicht ausreicht, um die Auslösekraft aufzubringen. Dementsprechend liegt die Membran 10 auf dem Auflageelement 9 auf und ist zwischen dem Spannrahmen 11 und dem Auflageelement 9 eingeklemmt.
In der 5 hingegen ist eine Situation gezeigt, in der der Druckunterschied zwischen dem Innenraum 4 und der Umgebung 5 des Gehäuses so groß ist, dass die Auslösekraft erreicht wird. Dementsprechend rutscht die Membran 10 zwischen dem Spannrahmen 11 und dem Auflageelement 9 heraus, so dass ein Fluidkanal 16 zwischen dem Innenraum 4 und der Umgebung 5 des Gehäuses 3 freigegeben wird.
Eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Entgasungsventils 17 ist in der 6 gezeigt. Im Gegensatz zur ersten Ausführungsform kann hier die Membran 10 nicht zwischen dem Spannrahmen 11 und dem Auflageelement 9 herausrutschen, weil die Membran 10 mit dem Spannrahmen 11 stoffschlüssig verbunden ist. Im vorliegenden Beispiel ist die Membran mit dem Spannrahmen 11 verschweißt. Wenn der Druckunterschied zwischen dem Innenraum 4 und der Umgebung 5 des Gehäuses 3 so groß wird, dass die Auslösekraft erreicht ist, hebt die Membran 10, wie in 6 gezeigt ist, vom Auflageelement 9 ab, so dass der Fluidkanal 16 zwischen dem Innenraum 4 und der Umgebung 5 des Gehäuses freigegeben wird. Wenn der Druckunterschied wiederum so weit fällt, dass die Auslösekraft nicht mehr erreicht wird, drückt der Spannrahmen 11 die Membran 10 wiederum gegen das Auflageelement 9. Der Auslösemechanismus ist also reversibel, so dass ein Austauschen des Entgasungsventils 17 nach dem Auslösen nicht notwendig ist, um die ursprüngliche Funktionalität des Entgasungsventils 17 wieder herzustellen.
Die mit Bezug auf die Figuren gemachten Erläuterungen sind rein illustrativ und nicht beschränkend zu verstehen. An den gezeigten Ausführungsformen können viele Änderungen vorgenommen werden, ohne den Schutzbereich der Erfindung, wie er in den beigefügten Patentansprüchen festgelegt ist, zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Batterie
2: erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Entgasungsventils
3: Gehäuse
4: Innenraum des Gehäuses
5: Umgebung des Gehäuses
6: Deckel
7: Gehäusekörper
8: Rastelemente
9: Auflageelement
10: Membran
11: Spannrahmen
12: Biegefedern
13: Loch
14: Dichtring
15: Mutter
16: Fluidkanal
17: zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Entgasungsventils

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 0856897 B1 [0005]
US 6368741 B1 [0005]
DE 102012221753 A1 [0006]
DE 102012219379 A1 [0006]

Claims

Entgasungsventil (2, 17) zur Entgasung eines Gehäuses (3), insbesondere eines Gehäuses (3) einer Batterie (1) eines Kraftfahrzeugs, mit – einer Membran (10), die wasserdicht, aber atmungsaktiv ist, und – einem Spannrahmen (11), der die Membran (10) gegen ein Auflageelement (9) mit einer vorbestimmten Anpresskraft drückt, – wobei die Anpresskraft geringer als eine Auslösekraft ist, bei der sich die Membran (10) von dem Auflageelement (9) löst und einen Fluidkanal (16) zwischen einem Innenraum (4) des Gehäuses und einer Umgebung (5) des Gehäuses freigibt.
Entgasungsventil (2, 17) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Spannrahmen (11) und die Membran (10) derartig angeordnet sind, dass der Spannrahmen (11) die Membran (10) in Richtung des Innenraums (4) des Gehäuses (3) drückt.
Entgasungsventil (2, 17) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Entgasungsventil mindestens ein Federelement (12) zum Drücken des Spannrahmens (11) in Richtung des Auflageelements (9) aufweist.
Entgasungsventil (2, 17) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das mindestens eine Federelement als mindestens eine Biegefeder (12), insbesondere als mindestens eine Blattfeder, ausgestaltet ist, die mit dem Spannrahmen (11) verbunden ist.
Entgasungsventil (2, 17) nach Anspruch 3 oder 4, wobei das Entgasungsventil einen Deckel (6) aufweist, der einen Anschlag für das mindestens eine Federelement (12) bildet, wobei der Spannrahmen (11) und die Membran (10) insbesondere zwischen dem Deckel (6) und dem Auflageelement (9) angeordnet sind.
Entgasungsventil (2, 17) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Deckel (6) formschlüssig mit einem Gehäusekörper (7) des Entgasungsventils verbunden, insbesondere verrastet, ist, der das Auflageelement (9) umfasst.
Entgasungsventil (2, 17) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Auflageelement(9) ein Gitter aufweist.
Entgasungsventil (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Membran (10) zwischen dem Spannrahmen (11) und dem Auflageelement (9) eingeklemmt ist, wenn die Auslösekraft nicht erreicht ist, und zwischen dem Spannrahmen (11) und dem Auflageelement (9) herausrutscht, wenn die Auslösekraft erreicht ist.
Entgasungsventil (17) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Membran (10) mit dem Spannrahmen (11) stoffschlüssig, formschlüssig und/oder kraftschlüssig verbunden, insbesondere verschweißt, verklebt oder verklemmt, ist.
Entgasungsventil (2, 17) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Membran (10) im Wesentlichen kreisförmig und der Spannrahmen (11) im Wesentlichen ringförmig ist.
Entgasungsventil (2, 17) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Membran (10) aus Polytetrafluorethylen besteht.
Entgasungsventil (2, 17) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Spannrahmen (11) derartig ausgestaltet ist, dass ein Druckunterschied zwischen dem Innenraum (4) des Gehäuses und der Umgebung (5) des Gehäuses, der in einem Bereich zwischen 5 hPa und 50 hPa, insbesondere zwischen 15 hPa und 25 hPa, liegt, zur Auslösekraft führt.
Batterie (1) für ein Kraftfahrzeug mit einem Entgasungsventil (12, 17) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.