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Die Erfindung betrifft ein Batteriegehäuse mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1
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Bei elektromotorisch angetriebenen Fahrzeugen, wie beispielsweise bei Personenkraftwagen, Flurförderfahrzeugen oder dergleichen werden Batteriemodule als Stromspeicher eingesetzt. Derartige Batteriemodule sind typischerweise aus einer Vielzahl einzelner Batterien zusammengesetzt. Bei diesen Batterien handelt es sich um so genannte Hochvoltbatterien. An die Unterbringung derartiger, für einen Betrieb eines solchen Fahrzeuges notwendigen Batteriemodule, sind gewisse Anforderungen gestellt. Wesentlich ist, dass das oder die Batteriemodule in ihrem Batteriegehäuse vor äußeren Einflüssen geschützt sind. Zudem ist eine gegenüber einem Eindringen von Feuchtigkeit abgedichtete Unterbringung des oder der Batteriemodule in einem Batteriegehäuse erforderlich, um eine Kondensatbildung innerhalb des Batteriegehäuses zu verhindern. In die Batteriekammer des Batteriegehäuses eindringende Feuchtigkeit kann zu einem Kurzschluss und zu einem dadurch ausgelösten Brand des Batteriemoduls führen.
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Aus
DE 10 2014 215 032 A1 ist ein Batteriegehäuse bekannt, in dem ein aus mehreren Batteriezellen bestehendes Batteriemodul in einem aus Druckplatten, U-Profilen und Deckeln gebildeten Gehäuse wasserdicht aufgenommen ist. Dieses vorbekannte Batteriegehäuse verfügt über eine Notentgasungsvorrichtung, die bei einem im Inneren des Gehäuses entstehenden Überdruck Gas nach außen abgeben und somit den Überdruck abbauen kann. Ein solcher Überdruck kann bei einer übermäßigen Erwärmung des Batteriemoduls entstehen. Die Notentgasungsvorrichtung wird durch eine gasdurchlässige, jedoch wasserundurchlässige Membran bereitgestellt. Diese Membran kann auch dem Zweck dienen, einen ständigen Druckausgleich der Batteriekammer gegenüber der Umgebung zu schaffen. Nachteilig bei dieser vorbekannten Notentgasungsvorrichtung ist, dass ein Überdruck in der Batteriekammer nur in einem solchen Maße abgebaut werden kann, wie dieses durch die gasdurchlässige Membran gestattet ist. Ein Druckabbau bei einem raschen Druckaufbau in der Batteriekammer ist durch eine solche Membran nicht möglich. Vielmehr wird diese dann bersten. Gleiches gilt im Falle eines in der Batteriekammer sich rasch aufbauenden Unterdruckes, was beispielsweise nach einem Zellenbrand eintreten kann.
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In
DE 10 2011 109 249 A1 ist ein Batteriegehäuse beschrieben, welches über eine Venting-Einrichtung verfügt. Diese umfasst eine Berstscheibe, die bei Aufbau eines Überdruckes berstet. Die aus diesem Dokument vorbekannte Venting-Einrichtung dient nicht dem Zweck, einen ständigen Druckausgleich zwischen der Batteriekammer und der Außenseite des Batteriegehäuses herzustellen.
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DE 10 2007 063 191 A1 offenbart ein Batteriegehäuse, welches mit einem Überdruckventil ausgerüstet ist. Dieses öffnet bei Vorhandensein eines Überdruckes in der Batteriekammer. Ein Ausgleich von einem in der Batteriekammer entstehenden Unterdruck ist bei dem Batteriegehäuse dieses Standes der Technik nicht möglich.
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DE 10 2013 009 212 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Druckausgleich für ein geschlossenes Volumen mit seiner Umgebung. Die Vorrichtung umfasst einen Druckausgleichszylinder mit einem Umgebungsfluideinlass, einem Auslassventil und einem Fluidauslass. Der Fluidausfluss ist eingerichtet, mit dem geschlossenen Volumen gekoppelt zu werden. Weiter umfasst die Vorrichtung einen als Rollkolben ausgelegten verschieblichen Kolben zum Teilen des Druckausgleichszylinders in ein erstes Volumen und ein zweites Volumen. Dabei ist der Umgebungsfluideinlass mit dem zweiten Volumen pneumatisch gekoppelt. Zusätzlich ist der zweite Fluidauslass mit dem ersten Volumen gekoppelt.
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DE 10 2013 222 630 A1 offenbart einen Energiespeicher, der ebenfalls über eine Druckausgleichsvorrichtung verfügt. Die Druckausgleichsvorrichtung umfasst einen Zylinder, in dem verschieblich ein Kolben mit einem darin befindlichen Überdruckventil angeordnet ist. Das eine Kolbenvolumen ist an das Energiespeichergehäuse angeschlossen. Das andere Volumen ist über eine luftdurchlässige Öffnung mit der Umgebung verbunden.
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DE 10 2013 215 699 A1 offenbart ein weiteres Batteriegehäuse mit einem Druckausgleichselement. Das Druckausgleichselement ist mit seinem ersten Ende an den die Batteriezellen aufnehmenden Innenraum angeschlossen. Mit seinem anderen Ende steht das Druckausgleichselement mit der Umgebung in Fluidverbindung. Das Volumen des Druckausgleichselements ist größer als das maximal erforderliche Ausgleichsvolumen des Batteriegehäuses. Das Druckausgleichselement ist vorzugsweise ein langgestreckter Körper, der beispielsweise ein schlauchartiges Element sein kann, das zur Reduzierung des benötigten Einbauraumes spiralförmig aufgewickelt oder mäanderförmig angeordnet sein kann.
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EP 2 290 729 A1 offenbart einen elektrischen Energiespeicher mit einer Volumenkompensationseinrichtung zum Ausgleich von Druckdifferenzen zwischen dem Inneren des Speichergehäuses und der Umgebung. Ein stofflicher Austausch zwischen der Umgebung und dem inneren des Speichergehäuses findet dabei nicht statt. Als Volumenkompensationseinrichtung wird beispielsweise ein ausdehnungsfähiges Gefäß, wie ein Ballon oder ein Faltenbalg genannt, ebenso wie eine Rollmembran. Alternativ wird ein beweglicher Gehäusedeckel vorgeschlagen.
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DE 10 2013 201 365 A1 offenbart ein Batteriemodul mit einem daran angeschlossenen Entgasungskanal mit den Merkmalen des Oberbegriffs der Ansprüche 1 und 2. Dieses ermöglicht bei einem Überdruck in einer Batteriekammer ein kontrolliertes Entgasen und gleichzeitig ein Schützen der verbleibenden Batteriekammern. Dieser Vorgang ist jedoch nicht reversibel, sodass kein ständiger Druckausgleich vorgenommen werden; insbesondere kann kein Unterdruck in der Batteriekammer ausgeglichen werden.
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Ausgehend von dem vorstehend diskutierten Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein Batteriegehäuse der eingangs genannten Art dergestalt weiterzubilden, dass durch die Druckausgleichseinrichtung ein Eindringen von Feuchtigkeit bei einem Normalbetrieb des oder der in der Batteriekammer befindlichen Batteriemodule verhindert ist und ein rascher Überdruckabbau nicht zu einer Zerstörung der Druckausgleichseinrichtung führt.
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Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein eingangs genanntes, gattungsgemäßes Batteriegehäuse mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Unter dem im Rahmen dieser Ausführungen benutzten Begriff der Batteriekammer ist dasjenige Volumen zu verstehen, in dem das oder die Batteriemodule angeordnet sind. Unter dem Begriff des Batteriegehäuses sind die die Batteriekammer einfassenden Teile zu verstehen.
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Bei diesem Batteriegehäuse dient eine Druckausgleichskammer nach Art eines Druckausgleichvolumens, um bei einem Normalbetrieb des oder der in der Batteriekammer befindlichen Batteriemodule auftretende Druckschwankungen zu kompensieren. Ein in der Druckausgleichskammer befindliches Trennglied trennt denjenigen Kammerbereich, der in Fluidverbindung mit der Batteriekammer steht, von einem zweiten Kammerbereich, der in Fluidverbindung mit der Außenseite der Batteriekammer bzw. des Batteriegehäuses steht. Durch das Trennglied sind beide Kammerbereiche feuchtigkeitsundurchlässig voneinander getrennt. Ein thermisch bedingtes Ausdehnen der in dem Batteriegehäuse befindlichen Luft führt zu einer Erhöhung des Druckes in dem ersten, mit der Batteriekammer in Fluidverbindung stehenden Kammerbereich der Druckausgleichskammer. Aufgrund der Veränderbarkeit des Trenngliedes wird dieses in einem solchen Fall in Richtung zu dem stirnseitigen Abschluss des zweiten Kammerbereiches bewegt, und zwar so weit, bis der Druck in beiden Kammerbereichen ausgeglichen ist. Dieses geht mit einer Volumenvergrößerung des ersten Kammerbereiches und einer entsprechenden Verkleinerung des zweiten Kammerbereiches einher.
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Als Trennglied zur Trennung der beiden Kammerbereiche in der Druckausgleichskammer kann beispielsweise eine gas- und feuchtigkeitsundurchlässige elastische oder auch hochelastische Membran dienen. Eine solche die beiden Kammerbereiche trennende Membran kann zum Gestatten der gewünschten Volumenänderung in den benachbarten Kammern elastisch oder auch hochelastisch und somit dehnbar sein. Bei dieser Ausgestaltung erfolgt eine Volumenvergrößerung des einen Kammerbereiches bei Verringerung des Volumens des anderen Kammerbereiches gegen die elastische Rückstellkraft der Membran. In einer anderen Ausgestaltung ist die Membran nicht elastisch, weist jedoch eine Fläche auf, die größer ist als die Querschnittsfläche der Druckausgleichskammer, in der diese angeordnet ist.
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Aufgrund der größeren Fläche dieser Membran kann sich diese bei einem unterschiedlichen Druck in den beiden Kammerbereichen in denjenigen Kammerbereich mit dem niedrigeren Druck hineinerstrecken. Die Größe dieser Membran ist an die Größe der Kammerbereiche angepasst. Eine solche Membran kann gefaltet sein, um dieser eine gewisse Formvorgabe zu geben. Es versteht sich, dass eine solche Membran auch gewisse elastische Eigenschaften aufweisen kann.
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In einer anderen Ausgestaltung ist ein innerhalb der Druckausgleichskammer verschiebbarer Kolben vorgesehen. Der Kolben ist gegenüber der Innenwandung der Druckausgleichskammer abgedichtet. Dadurch ist sichergestellt, dass keine Feuchtigkeit bei einer Kolbenbewegung, insbesondere bei einer Bewegung des Kolbens, bei der das Volumen des ersten Kammerbereiches verkleinert wird, in diese und über die Fluidverbindung in die Batteriekammer eindringt. Zur Abdichtung trägt der Kolben zumindest eine umlaufende Dichtung, die mit einer gewissen Vorspannung gegen die Innenwandung der Druckausgleichskammer wirkt. Als Dichtungen können beispielsweise O-Dichtungen eingesetzt werden, auch in einer Ausgestaltung als Lippendichtung, durch die die gewünschte Dichtigkeit auch bei geringem Anpressdrücken an die Innenwand der Druckausgleichskammer bereitgestellt werden kann.
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Die durchströmbare Querschnittsfläche der Fluidverbindung zwischen der Batteriekammer und dem ersten Kammerbereich der Druckausgleichskammer kann beliebig gewählt werden, insbesondere auch so groß, dass ein Druckausgleich quasi spontan stattfinden kann, sobald durch diesen die Haftreibung zwischen der Mantelfläche des Kolbens und der Innenseite der Druckausgleichskammer überwunden ist.
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Die Fluidwegsamkeit zwischen dem zweiten Kammerbereich und der Außenseite der Batteriekammer kann als Bohrung ausgeführt sein, die die den zweiten Kammerbereich stirnseitig verschließende Stirnwand durchgreift.
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In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Druckausgleichseinrichtung zusätzlich über ein Überdruckventil als Notentgasungsvorrichtung verfügt. Dieses Überdruckventil dient dem Zweck, dass ein in der Batteriekammer entstehender Überdruck auch dann abgebaut werden kann, wenn eine Kompensation durch die Verschiebbarkeit des Kolbens innerhalb der Druckausgleichskammer nicht mehr möglich ist, jedenfalls nicht mehr in einem hinreichenden Maße. Da man typischerweise das Batteriegehäuse derart auslegen wird, dass bei einem Normalbetrieb die Verschiebbarkeit des Kolbens und die damit einhergehende Vergrößerung bzw. Verkleinerung des Volumens des ersten Kammerbereiches und damit des Gesamtgasvolumens in der Batteriekammer, der Fluidwirksamkeit und dem ersten Kammerbereich ausreicht, dient das Überdruckventil typischerweise dem Zweck, einen übermäßigen Überdruck bei einem von einem Normalbetrieb abweichenden Umstand des oder der in der Batteriekammer aufgenommenen Batteriemodule auszugleichen. Ein solcher Überdruck kann beispielsweise bei einem Batteriemodulbrand entstehen. Zum Abbau eines solchen Überdruckes dient das Überdruckventil, welches bei Erreichen seines Öffnungsdruckes in der Batteriekammer öffnet. Der erhöhte Druck in der Batteriekammer wird dann über das Überdruckventil abgebaut. Der Abbau eines überhöhten Druckes wird gewünscht, um eine Explosion oder eine Deformation der Batteriekammer bzw. des Batteriegehäuses und/oder ein Übergreifen auf benachbarte Batteriekammern zu vermeiden. Ist der Überdruck abgebaut, schließt das Überdruckventil. Durch das geöffnete Überdruckventil ist typischerweise eine direkte Fluidverbindung zwischen dem ersten Kammerbereich der Druckausgleichskammer und der Außenseite des Batteriegehäuses hergestellt. Da dieses nur geöffnet ist, wenn in der Batteriekammer ein Überdruck herrscht, kann durch das in seiner Offen-Stellung befindliche Überdruckventil keine Feuchtigkeit in die Batteriekammer eindringen.
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Teil eines solchen Überdruckventils ist eine Entlüftungsöffnung, die beispielsweise als Bohrung ausgeführt sein kann. Die Bohrung ist vorzugsweise in eine Richtung gerichtet, dass das Austreten des Gases nicht in Richtung des Innenraumes eines Fahrzeuges geleitet wird. An dieser Entlüftungsöffnung kann ein Rohrstück, ein Schlauch oder dergleichen angeschlossen sein, um austretendes Gas von dem Fahrzeug wegzuleiten, an dem das Batteriegehäuse angeordnet ist.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass das Überdruckventil durch den Kolben geöffnet wird und somit der Kolben das bewegbare Teil eines solchen Überdruckventils ist. In einer Umsetzung einer solchen Auslegung des Batteriegehäuses wirkt der Kolben in seiner Endstellung innerhalb der Druckausgleichskammer, in der das Volumen des ersten Kammerbereiches am größten ist, gegen eine durch den Kolben vorgespannte Druckfeder. Diese stützt sich typischerweise an der den zweiten Kammerbereich abschließenden Stirnwand ab. Die Druckfeder dient nach Abbau des Überdruckes zum Zurückführen des Kolbens um einen Betrag, um eine in dieser Endstellung von dem Kolben freigegebene Entlüftungsöffnung wieder zu verschließen. Ansonsten ist durch den Kolben diese Entlüftungsöffnung von dem ersten Kammerbereich getrennt. Ist diese geöffnet, kann der in dem ersten Kammerbereich befindliche Überdruck über diese Entlüftungsöffnung abgebaut werden. Ist der Überdruck abgebaut, wird der Kolben durch die Druckfeder in seine diese Entlüftungsöffnung verschließende bzw. von dem ersten Kammerbereich trennende Stellung zurückgeführt.
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In einer anderen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Kolben selbst ein Überdruckventil trägt. Beim Überschreiten des Öffnungsdruckes dieses Überdruckventils ist der erste Kammerbereich mit dem zweiten Kammerbereich verbunden, sodass der Überdruck in den zweiten Kammerbereich und von diesem über die Entlüftungswegsamkeit abgebaut werden kann.
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In einer weiteren Ausgestaltung verfügt die Druckausgleichseinrichtung zusätzlich über ein Unterdruckventil, und zwar unabhängig davon, ob ein Überdruckventil vorhanden ist oder nicht. In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Druckausgleichseinrichtung sowohl über ein Unterdruckventil als auch über ein Überdruckventil verfügt. In einem solchen Fall können diese Ventile als ein Zwei-Wege-Ventil ausgelegt sein. Typischerweise trägt der Kolben dieses Zwei-Wege-Ventil. Das Vorsehen eines Unterdruckventils dient dem Zweck, dass ein in der Batteriekammer entstehender Unterdruck, der durch die Verschiebbarkeit des Kolbens in der Druckausgleichskammer nicht kompensiert werden kann, ausgeglichen wird. Eine solche Situation tritt nach einem Batteriebrand ein. Da ein solcher Unterdruckausgleich nur nach einem Batteriebrand und somit nach einer Zerstörung des oder der Batteriemodule in der Batteriekammer eintritt, ist es nicht erforderlich, dass die zugeführte Luft feuchtigkeitsfrei sein muss. Diese kann an den bereits zerstörten Batteriemodulen keinen Schaden mehr anrichten. Daher ist es bei der Auslegung des Unterdruckventils möglich, durch dieses eine direkte Fluidverbindung zwischen der Außenseite des Batteriegehäuses und dem ersten Kammerbereich herzustellen. Gemäß einer ersten Ausführungsform der Bereitstellung eines solchen Unterdruckventils ist vorgesehen, dass das Unterdruckventil durch den Kolben geschaltet und damit in seine Offen-Stellung gebracht wird. Dieses lässt sich dadurch erreichen, dass die den ersten Kammerbereich begrenzende Stirnwand das Unterdruckventil trägt und das Unterdruckventil einen Ventilstö-ßel aufweist, der durch diese Stirnwand hindurchgeführt ist und in den ersten Kammerbereich hineinragt. Der Ventilschlüssel ragt so weit in den ersten Kammerbereich hinein, dass der Kolben in seiner Endstellung, in dem das Volumen des ersten Kammerbereiches am kleinsten ist, gegen den Ventilstößel wirkt und diesen in seine Offenstellung drückt. Die Abdichtung des Unterdruckventils in seiner Geschlossen-Stellung erfolgt beispielsweise gegenüber der Außenseite der Stirnwand mittels eines an den Ventilstößel angeformten Dichtkopfes.
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Von besonderem Vorteil bei dem erfindungsgemäßen Batteriegehäuse mit seiner Druckausgleichseinrichtung ist, dass sich die Druckausgleichseinrichtung in ein oder mehrere Rahmenbauteile eines Batteriegehäuses integriert ist. Diese Rahmenbauteile sind sodann als Hohlkammerprofil ausgeführt, in denen jeweils ein Kolben verschiebbar angeordnet ist. Die Fluidwegsamkeiten zum Verbinden des ersten Kammerbereiches mit der Batteriekammer sowie des zweiten Kammerbereiches mit der Außenseite des Batteriegehäuses können durch Bohrungen bereitgestellt sein, durch die die entsprechenden Kammern miteinander verbunden sind.
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Nachfolgend ist die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen:
- 1: In einer schematisierten, zum Teil geschnittenen Teilansicht ein nicht erfindungsgemäßes Batteriegehäuse für ein Fahrzeug mit einer Druckausgleichseinrichtung, die prinzipmäßig der Erfindung entspricht.
- 2: eine perspektivische Ansicht der Druckausgleichseinrichtung der 1,
- 3: eine Druckausgleichseinrichtung prinzipiell entsprechend derjenigen der 2 in einer ersten Weiterbildung,
- 4: eine Druckausgleichseinrichtung prinzipiell entsprechend derjenigen der 2 in einer zweiten Weiterbildung,
- 5: eine Druckausgleichseinrichtung prinzipiell entsprechend derjenigen der 2 in noch einer Weiterbildung, in einer ersten Stellung derselben,
- 6: Druckausgleichseinrichtung der 5 in einer zweiten Stellung derselben,
- 7: eine Ausschnittsvergrößerung im Bereich der einen Stirnwand der Druckausgleichseinrichtung der 6,
- 8: eine Druckausgleichseinrichtung prinzipiell entsprechend derjenigen der 2 in einer weiteren Weiterbildung, in einer ersten Stellung derselben,
- 9: eine Ausschnittsvergrößerung des mittleren Bereiches des Kolbens der Druckausgleichseinrichtung der 8 in der Geschlossen-Stellung eines Zwei-Wege-Ventils,
- 10: eine Ausschnittsvergrößerung des mittleren Bereiches des Kolbens der Druckausgleichseinrichtung der 8 in einer ersten Offen-Stellung des Ventils,
- 11: eine Ausschnittsvergrößerung des mittleren Bereiches des Kolbens der Druckausgleichseinrichtung der 8 in einer zweiten Offen-Stellung des Ventils,
- 12: eine perspektivische Ansicht eines Batteriegehäuses gemäß einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel,
- 13: eine Schnittansicht auf des Batteriegehäuses der 12 und
- 14: eine vergrößerte Darstellung eines Teils der Druckausgleicheinrichtung des Batteriegehäuses der 12.
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Ein Batteriegehäuse 1 ist in 1 schematisiert dargestellt. Dieses umfasst eine Batteriekammer 2, in die ein oder mehrere Batteriemodule einsetzbar sind. Die Batteriekammer 2 ist allseitig durch Wände 3 eingefasst.
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1 zeigt das nicht erfindungsgemäße Batteriegehäuse 1 in einem Ausschnitt. Nachstehend sind dennoch für die Erfindung relevante Ausführungen, die dem Verständnis zuträglich sind, beschrieben. Neben der Batteriekammer 2 umfasst das Batteriegehäuse 1 eine Druckausgleichseinrichtung 4, die in einer perspektivischen Alleinansicht in 2 gezeigt ist. In 1 ist die Druckausgleichseinrichtung 4 in einem Längsschnitt gezeigt. Die Druckausgleichseinrichtung 4 des dargestellten Ausführungsbeispiels ist durch ein im Querschnitt quadratisches Hohlkammerprofil 5 bereitgestellt, dessen stirnseitigen Enden jeweils durch eine Stirnwand 6, 6.1 abgeschlossen ist. Durch das Hohlkammerprofil 5 und die beiden Stirnwände 6, 6.1 ist eine Druckausgleichskammer bereitgestellt. Innerhalb der Druckausgleichskammer ist ein Kolben 7 in längsaxialer Richtung verschiebbar angeordnet. Dieser ist unter Verwendung von zwei Ringdichtungen gegenüber der Innenwand des Hohlkammerprofils 5 abgedichtet. Durch den Kolben 7 ist die Druckausgleichskammer in einen ersten Kammerbereich 8 und einen zweiten Kammerbereich 9 geteilt. Der erste Kammerbereich 8 ist über ein Verbindungsrohrstück 10, welches bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Winkelstück ausgeführt ist, mit der Batteriekammer 2 in Fluidverbindung. Der zweite Kammerbereich 9 steht über eine Entlüftungsbohrung 11 mit der Außenseite des Batteriegehäuses 1 in Fluidverbindung.
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Bildet sich beispielsweise auf Grund von Temperaturschwankungen innerhalb der Batteriekammer 2 ein gegenüber dem Umgebungsdruck höherer Druck aus, herrscht dieser auch in dem ersten Kammerbereich 8 der Druckausgleichseinrichtung 4. Ist dieser Druck größer als die Haftreibung des Kolbens 7 gegenüber der Innenwand des Hohlkammerprofils 5 wird dieser unter Vergrößerung des Volumens des ersten Kammerbereiches 8 und gleichzeitiger Reduzierung des Volumens des zweiten Kammerbereiches 9 in Richtung zur Entlüftungsbohrung 11 verschoben. Diese Volumenvergrößerung bewirkt einen Druckausgleich. Entsprechend wird der Kolben 7 in die andere Richtung bewegt, wenn gegenüber dem Umgebungsdruck in der Batteriekammer 2 ein geringerer herrscht. Die Verschiebbarkeit des Kolbens 7 innerhalb der Druckausgleichskammer ist durch Blockpfeile angedeutet.
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3 zeigt eine Weiterbildung der Druckausgleichseinrichtung 4 der 1 und 2. Diese Druckausgleichseinrichtung 12 ist prinzipiell aufgebaut und steht in Fluidverbindung mit einer Batteriekammer wie die Druckausgleichseinrichtung 4 und unterscheidet sich von dieser dadurch, dass diese zusätzlich über ein Überdruckventil zum Abbau eines nicht mehr durch die Verschiebbarkeit des Kolbens 7 kompensierbaren Überdruckes in der Batteriekammer verfügt. Zu diesem Zweck trägt die den zweiten Kammerbereich 9.1 begrenzende Stirnwand 6.2 eine Druckfeder 13. Die Druckfeder 13 ist in 3 gespannt, da der Kolben 7.1 aufgrund des in dem ersten Kammerbereich 8.1 befindlichen Überdruckes in seine diesbezügliche Endstellung gebracht ist. Diese Stellung zeigt das geöffnete Überdruckventil. In dieser Endstellung ist ein ansonsten von dem Kolben 7.1 von dem ersten Kammerbereich 8.1 getrennte Entlüftungsöffnung 14 frei gelegt und somit geöffnet und steht in Verbindung mit dem ersten Kammerbereich 8.1. Auf diese Weise kann ein durch die Kolbenverstellung allein nicht kompensierbarer Überdruck in dem ersten Kammerbereich 8.1 abgebaut werden. Ist dieser abgebaut, wird der Kolben 7.1, der durch den Überdruck in seinen in 3 gezeigte Position gebracht worden ist, durch die Druckfeder 13 zurückbewegt, sodass die Entlüftungsöffnung 14 wieder verschlossen ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Überdruckventil somit durch den Kolben 7.1, die Druckfeder 13 und die Entlüftungsöffnung 14 bereitgestellt.
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4 zeigt eine alternative Ausführung eines Überdruckventils, welches die zum Bereitstellen der zu der Ausgestaltung der 3 beschriebene Funktionalität aufweist. Zu diesem Zweck trägt der Kolben 7.2 ein Überdruckventil 15, durch dass bei Überschreiten seines Öffnungsdruckes der erste Kammerbereich 8.2 mit dem zweitem Kammerbereich 9.2 in Fluidverbindung gestellt ist, sodass der Überdruck durch das Überdruckventil 15, den zweiten Kammerbereich 9.2 und die Entlüftungsbohrung 11.1 abgebaut werden kann. Ist der Überdruck abgebaut, schließt das Überdruckventil 15.
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5 zeigt eine Weiterbildung der Druckausgleichseinrichtung 12 der 3. Nachfolgend werden nur die Unterschiede zu der Druckausgleichseinrichtung 12 beschrieben. Die in 5 gezeigte Druckausgleichseinrichtung 16 verfügt zusätzlich über ein Unterdruckventil 17, welches in 5 in seiner Geschlossenstellung gezeigt ist. 5 zeigt die Druckausgleichseinrichtung 16 in einer Stellung, in der ein Überdruck in der Batteriekammer und damit in dem ersten Kammerbereich 8.3 über die zu der Druckausgleichseinrichtung 12 beschriebene Entlüftungsöffnung abgebaut wird.
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Zum Abbau eines in der Batteriekammer und damit in dem ersten Kammerbereich 8.3 herrschenden Unterdruckes dient das Unterdruckventil 17. Der Kolben 7.3 befindet sich dann, wie in 6 gezeigt, gegenüber seiner in 5 gezeigten Stellung gegenüberliegenden Endstellung und wirkt gegen das Unterdruckventil 17, um dieses zu öffnen. Diese Anordnung ist in einer vergrößerten Darstellung in 7 gezeigt. Das Unterdruckventil 17 verfügt über einen Ventilstößel 18, der die den ersten Kammerbereich 8.3 begrenzenden Stirnwand 6.3 durchgreift. Der Ventilstößel 18 trägt außenseitig zur Stirnwand 6.3 einen Dichtkopf 19, der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel als umlaufender Flansch ausgebildet ist und zur Abdichtung des Unterdruckventils 17 in seiner Geschlossenstellung in seiner Unterseite gegen die Außenseite der Stirnwand 6.3 wirkt. Eine an dieser Stelle angeordnete Dichtung ist der Einfachheit halber in der 7 nicht dargestellt. Der Ventilstößel 18 ragt in den ersten Kammerbereich 8.3 hinein und trägt an seinem diesseitigen Ende einen Betätigungskopf 20, gegen den der Kolben 7.3 zum Öffnen des Unterdruckventils 17 wirkt. An der Unterseite des Betätigungskopfes 20 ist eine Schließfeder 21 abgestützt, die mit ihrem anderen Ende an der Innenseite der Stirnwand 6.3 abgestützt ist. Die Schließfeder 21 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Schraubendruckfeder ausgeführt und dient zum Schließen des Unterdruckventils 17. Somit wirkt in der in 7 gezeigten Stellung des Unterdruckventils 17 der Kolben 7.3 gegen die Kraft der Schließfeder 21 zum Öffnen desselben. Das geöffnete Unterdruckventil 17 stellt eine Wegsamkeit zwischen der Außenseite des Batteriegehäuses bzw. der Druckausgleichseinrichtung und der Batteriekammer dar. Durch das geöffnete Unterdruckventil 17 kann Umgebungsluft in den ersten Kammerbereich 8.3 einströmen, um auf diese Weise den gewünschten Druckausgleich herbeizuführen. Ist der Druck hinreichend ausgeglichen und die Rückstellkraft der Schließfeder 21 größer als der auszugleichende Unterdruck wird durch diese der Ventilstößel 18 in seine Geschlossenstellung gebracht.
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8 zeigt noch eine weitere Druckausgleicheinrichtung 22 als Teil eines nicht näher dargestellten Batteriekastens. Die Druckausgleichseinrichtung 22 arbeitet prinzipiell wie die vorbeschriebenen Druckausgleichseinrichtungen. Im Unterschied zu den vorbeschriebenen Druckausgleichseinrichtungen trägt der Kolben 7.4 der Druckausgleichseinrichtung 22 ein Zwei-Wege-Ventil, durch das ein Überdruckventil und ein Unterdruckventil bereitgestellt ist. Dieses Ventil ist in den 8 bis 11 mit dem Bezugszeichen 23 gekennzeichnet. 9 zeigt das Ventil 23 in seiner Neutralstellung, wenn in dem ersten Kammerbereich 8.4 und dem zweiten Kammerbereich 9.4 derselbe Druck herrscht und somit ein Abbau eines Überdruckes oder eines Unterdruckes nicht erforderlich ist. Das Ventil 23 ist in dieser Stellung geschlossen. Das Ventil 23 verfügt über einen Ventilstößel 24, der in einer Ventilführung 25 des Kolbens 7.4 längsverschiebbar gehalten ist. Der Ventilstößel 24 trägt endseitig jeweils eine Kopfplatte 26, 26.1. Die Kopfplatten 26, 26.1 überkragen den eigentlichen Ventilstößel 24 und bilden ein Widerlager für jeweils eine Schraubendruckfeder 27, 27.1. Jede Schraubendruckfeder 27, 27.1 ist mit ihrem anderen Ende an der Stirnfläche der Ventilführung 25 abgestützt.
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Eine Fluidverbindung zwischen dem ersten Kammerbereich 8.4 und dem zweiten Kammerbereich 9.4 ist durch einen umlaufenden Dichtvorsprung 28 der Ventilführung 25 bereitgestellt, der gegen die Mantelfläche des Ventilstößels 24 wirkt. Sowohl der Ventilstößel 24 als auch die Ventilführung 25 weisen in der in den Figuren gezeigten Schnittebene jeweils ein von dem Dichtvorsprung in Richtung zu den Kopfplatten 26, 26.1 ausgehenden Entlüftungskanalsegment auf. Die Entlüftungskanalsegmente des Stößels 24 sind durch einen umlaufenden Bund 29 voneinander getrennt. Dieser Bund 29 wirkt in der Neutralstellung des Ventils 23 gegen den Dichtvorsprung 28.
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Ist ein Unterdruck abzubauen und herrscht dem zur Folge in dem zweiten Kammerbereich 9.4 ein Überdruck gegenüber dem Kammerbereich 8.4, der durch eine Verstellung des Kolbens 7.4 nicht mehr kompensierbar ist (Unterdrucksituation in der Batteriekammer), öffnet das Ventil 23 in Richtung zu dem ersten Kammerbereich 8.4 hin, um auf diese Weise eine Fluidwirksamkeit von dem zweitem Kammbereich 9.4 in den ersten Kammerbereich 8.4 bereitzustellen. Diese erste Stellung des Ventils 23 ist in 10 gezeigt.
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11 zeigt die Stellung des Ventils 23 zum Abbau eines Überdruckes von dem ersten Kammerbereich 8.4 in den zweiten Kammerbereich 9.4 (Überdrucksituation in der Batteriekammer). In beiden Schaltstellungen wird der Druck über die vorbeschriebenen Entlüftungskanalsegmente, die durch die längsaxiale Verstellung des Ventilstößels 24 miteinander in Verbindung gestellt sind, bereitgestellt.
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12 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Batteriegehäuses 30. Das Batteriegehäuse 30 umfasst ein Rahmenbauteil 31. Das Rahmenbauteil selbst besteht aus mehreren Hohlkammerprofilen 32, die durch Eckstücke 33 miteinander verbunden sind. Das Rahmenbauteil 31 fasst eine Batteriekammer 35 ein und ist oberseitig durch einen Deckel 34 und unterseitig durch einen in den Figuren nicht dargestellten Boden verschlossen. 13 zeigt eine Schnittansicht des Batteriegehäuses 30. Erkennbar ist die von dem Rahmenbauteil 31 eingefasste Batteriekammer 35. Das in 13 untere Hohlkammerprofil 32 stellt zugleich ein Teil der Druckausgleichseinrichtung dar und zwar die Druckausgleichskammer. Diese wird komplettiert durch einen in diesem Hohlkammerprofil 32 angeordneten Kolben 36, der gegenüber der Innenwand des Hohlkammerprofils 32 abgedichtet in längsaxialer Richtung verstellbar darin angeordnet ist. Der Kolben 36 ist in einer vergrößerten Ausschnittsdarstellung in 14, die als Schnitt des Hohlkammerprofils 32 gezeigt ist, erkennbar.
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Das Hohlkammerprofil 32 ist endseitig durch die Eckstücke 33 verschlossen. Eine Bohrung zur Batteriekammer stellt die Fluidverbindung zwischen der Batteriekammer 35 und dem ersten Kammerbereich 37 der durch das Innere des Hohlkammerprofils 32 bereitgestellten Druckausgleichskammer dar. Im Bereich des stirnseitigen Abschlusses des anderen Endes des Hohlkammerprofils 32 ist eine Bohrung zur Außenseite des Batteriegehäuses 30 vorgesehen, die sodann die Fluidverbindung zwischen dem zweiten Kammerbereich 38 mit der Außenseite des Batteriegehäuses bzw. der Druckausgleichseinrichtung darstellt.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben worden. Ohne den Umfang der Ansprüche zu verlassen, ergeben sich für einen Fachmann zahlreiche weitere Ausgestaltungen, die Erfindung umsetzen zu können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Batteriegehäuse
- 2
- Batteriekammer
- 3
- Wand
- 4
- Druckausgleichseinrichtung
- 5
- Hohlkammerprofil
- 6, 6.1, 6.2, 6.3
- Stirnwand
- 7, 7.1 -7.4
- Kolben
- 8, 8.1 - 8.4
- Erster Kammerbereich
- 9, 9.1 - 9.4
- Zweiter Kammerbereich
- 10
- Verbindungsrohrstück
- 11, 11.1
- Entlüftungsbohrung
- 12
- Druckausgleichseinrichtung
- 13
- Druckfeder
- 14
- Entlüftungsöffnung
- 15
- Überdruckventil
- 16
- Druckausgleichseinrichtung
- 17
- Unterdruckventil
- 18
- Ventilstößel
- 19
- Dichtkopf
- 20
- Betätigungskopf
- 21
- Schließfeder
- 22
- Druckausgleichseinrichtung
- 23
- Ventil
- 24
- Ventilstößel
- 25
- Ventilführung
- 26,26.1
- Kopfplatte
- 27,27.1
- Schraubendruckfeder
- 28
- Dichtvorsprung
- 29
- Bund
- 30
- Batteriegehäuse
- 31
- Rahmenbauteil
- 32
- Hohlkammerprofil
- 33
- Eckstück
- 34
- Deckel
- 35
- Batteriekammer
- 36
- Kolben
- 37
- Erster Kammerbereich
- 38
- Zweiter Kammerbereich
