DE102019133307A1

DE102019133307A1 - Entgasungseinheit zur Anordnung an einem Behälter und Anordnung mit einer solchen Entgasungseinheit

Info

Publication number: DE102019133307A1
Application number: DE102019133307.5A
Authority: DE
Inventors: Robert Zbiral; Jürgen Kosicki; Peter Münch
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2019-12-06
Filing date: 2019-12-06
Publication date: 2021-06-10
Also published as: WO2021110316A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Entgasungseinheit (10), zur Anordnung an einem Behälter, insbesondere einem Batteriegehäuse, mit einem Rahmen (12), einer gasdurchlässigen Scheibenmembran (38) und einem in Entgasungsrichtung fluidisch vorgeschalteten Schutzgitter (44), wobei der Rahmen (12) aus einem feuerfesten Material besteht.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Entgasungseinheit zur Anordnung an einem Behälter, insbesondere an einem Batteriegehäuse, mit einem Rahmen, einer mikroporösen Scheibenmembran und einem Schutzgitter, wobei das Schutzgitter die Scheibenmembran überdeckt. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Anordnung mit einer solchen Entgasungseinheit.
Stand der Technik
Entgasungseinheiten sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt und werden zur Druckkompensation in Folge von Temperaturschwankungen und zur Notentlüftung von Behältern, insbesondere von Batteriegehäusen, eingesetzt.
CN206490102U , JP2014203626A und EP2629350A1 beschreiben Batteriegehäuse mit Explosionsschutzventil. Die Ventile bestehen dabei aus einem Metall- oder Kunststoffplättchen, welches in Folge eines zu hohen Gehäuseinnendrucks öffnet bzw. bricht.
JP2012256536A beschreibt ein Herstellungsverfahren, mit dem fertigungsbedingte Toleranzen im Hinblick auf den Öffnungsdruck eines Plättchenventils verringert werden können.
Derartige Explosionsschutzventile dienen jedoch nicht der dauerhaften Entgasung der Behälter, sondern stellen lediglich einen Schutz vor einem Zerbersten des Behälters dar.
CN103855332A beschreibt einen schmal geschichteten Außenkörper für elektrochemische Vorrichtungen. Das Sicherheitsventil besteht aus einem porösen Metallplättchen zur Druckkompensation.
Derartige Entgasungsventile eignen sich jedoch nicht für größere Behälter und bieten hinsichtlich einer Beschädigung des mikroporösen Metalls keinen Schutz.
Entgasungseinheiten weisen daher eine mikroporöse Scheibenmembran auf, die durch ein Schutzgitter vor ungewollter Beschädigung - insbesondere vor dem Anbringen der Entgasungseinheit an einem Behälter - geschützt wird.
Zusätzlich zu den genannten Hauptfunktionen werden an Entgasungseinheiten hohe Anforderungen hinsichtlich der Abschirmung des Behälterguts gegenüber einsatzbedingt vorherrschenden Umwelteinflüssen sowie der Verhinderung des unbeabsichtigten Zugriffs auf das Behältergut gestellt. Beispielsweise muss bei der Entgasung von Batteriegehäusen neben der Entgasungsfunktion selbst zudem das Eindringen von Wasser und Verunreinigungen in das Batteriegehäuse sowie der Zugriff auf die Hochspannungskomponenten der Batterie durch die Entgasungseinheit effektiv verhindert werden.
Die Hauptkomponenten dieser Entgasungseinheit werden jedoch aus Kunststoff hergestellt, was im Falle eines Brandes zur strukturellen Zerstörung der Entgasungseinheit und damit einhergehend zum Verlust der Sicherheitsfunktion der Entgasungseinheit führt. Infolgedessen wird der ungehinderte Zugriff auf das Behältergut ermöglicht. Bei Anwendung der Entgasungseinheit im Bereich der Batteriegehäuseentgasung wird hierdurch der Zugriff auf die Hochspannungskomponenten der Batterie möglich, was eine erhebliche Gefahr für Passanten und Rettungskräfte bedeutet.
Um für diese Fälle zumindest einen teilweisen Schutz zu ermöglichen, sind herkömmliche Entgasungseinheiten daher oftmals aus flammenhemmendem Kunststoff gefertigt und weisen metallische Gewindeeinsätze im Kunststoffgehäuse zur Verschraubung mit einem metallischen Schutzgitter auf. Im Falle eines sehr leichten Brandes reagiert der Kunststoff der Entgasungseinheit bis zu einem bestimmten Grad selbstlöschend und verhindert ein vollständiges Schmelzen des Gehäuses. Das Schutzgitter, welches primär dem Schutz der Membran dient, ist sekundär geeignet, leichte Brandfälle zu überstehen und zumindest einen notdürftigen Schutz vor ungewolltem Zugriff auf das Behältergut zu gewährleisten. Dies stellt jedoch lediglich eine unzureichende Feuerfestigkeit gegenüber den in der Praxis auftretenden Bränden dar und kann die hohen Sicherheitsanforderungen an derartige Systeme nicht ausreichend erfüllen.
Zudem stellt das Einbringen von metallischen Gewindeeinsätzen in das Kunststoffgehäuse zur Umsetzung eines lediglich verminderten Schutzes im Brandfall einen erheblichen Aufwand dar, der sich besonders nachteilig auf die Fertigungskosten der Entgasungseinheit auswirkt.
Die zu lösende Aufgabe stellt sich dem Fachmann darin, eine kostengünstige Entgasungseinheit unter Gewährleistung der Sicherheitsfunktion im und nach einem Brandfall bereitzustellen.
Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe wird auf erstaunlich einfache Weise durch eine Entgasungseinheit der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Anordnung gemäß Patentanspruch 11 gelöst.
Im Folgenden wird unter dem Begriff „feuerfestes Material“ ein Werkstoff oder Erzeugnis mit einer Schmelztemperatur von mindestens 700°C verstanden, bevorzugt mindestens 1000°C. Eine Entgasungsrichtung bezieht sich auf eine Strömungsrichtung aus dem Behälterinneren in die Behälterumgebung und kann lokale Richtungsänderungen aufweisen. Eine Richtungsänderung bezieht sich dabei auf die Meridianströmung im jeweilig relevanten Querschnitt. Der Begriff „Unterseite“ bezieht sich im Folgenden auf eine, mit Bezug auf die Entgasungsrichtung, stromaufwärts ausgebildete und bei Anordnung an einem Behälter auf eine diesem Behälter zugewandte Seite des Rahmens. Die Unterseite gibt dabei keinen Hinweis auf die Einbaulage der Entgasungseinheit.
Unter dem Begriff der „Mittelachse“ der Entgasungseinheit wird eine Achse verstanden, die im Wesentlichen durch die geometrischen Schwerpunkte der Einzelkomponenten der Entgasungseinheit verläuft. Die Mittelachse kann zugleich eine Symmetrieachse der Entgasungseinheit und/oder der Einzelkomponenten der Entgasungseinheit darstellen.
Durch Ausbildung aus einem feuerfesten Material wird der Rahmen und das Schutzgitter im Brandfall vor Zerstörung bewahrt und verhindert einen unbeabsichtigten Zugriff auf das Behältergut. Denkbar ist die Ausbildung des Rahmens aus jedweden feuerfesten Materialien. Aus fertigungstechnischer Sicht hat sich die Verwendung von Metallen oder Metalllegierungen, insbesondere von Stahl, besonders bevorzugt von Edelstahl, als besonders vorteilhaft herausgestellt.
Der Rahmen weist eine Rahmenhauptausnehmung auf, die den Behälter mit der Behälterumgebung fluidisch verbindet.
Die Scheibenmembran ist an der Rahmenhauptausnehmung angeordnet und verdeckt den gesamten von der Rahmenhauptausnehmung freigegebenen Strömungsquerschnitt. Dies stellt sicher, dass eine Strömung lediglich durch die Scheibenmembran und über die Rahmenhauptausnehmung erfolgen kann. Die Scheibenmembran besteht aus einem mikroporösen Material, insbesondere einer mikroporösen Folie, besonders bevorzugt aus einer Polytetrafluorethylen-Folie (PTFE-Folie). Denkbar sind jedoch alle Materialien mit einer Struktur, die Flüssigkeiten und Verunreinigung abweist, jedoch in Bezug auf Gase durchlässig ist.
Das Schutzgitter überdeckt die Scheibenmembran und schützt diese vor unbeabsichtigter Beschädigung. Hierdurch wird die Lagerung, der Transport sowie Einbau der Entgasungseinheit besonders einfach und beschädigungsarm ermöglicht. Weiterhin dient das Schutzgitter, nach Anbringen der Entgasungseinheit an dem Behälter, zur Verhinderung eines unbeabsichtigten Zugriffs auf das Behältergut.
Die erfindungsgemäße Anordnung sieht vor, dass die Scheibenmembran und das Schutzgitter zwischen Rahmen und Behälter verspannt anordenbar sind. Dies erfolgt durch schichtweise Anordnung der Teilkomponenten der Entgasungseinheit, wobei die Reihenfolge ausgehend vom Behälter insbesondere zunächst das Schutzgitter, nachfolgend die Scheibenmembran und im Anschluss den Rahmen vorsieht. Durch derartige Anordnung wird, durch Befestigen des Rahmens am Behälter, eine Klemmwirkung der zwischen Behälter und Rahmen angeordneten Teilkomponenten erzielt. Hierdurch wird eine besonders kostengünstige Anordnung der Einzelkomponenten bei minimalem Einsatz von Befestigungsmitteln erreicht und aufwendige Verbindungen zwischen den Komponenten entfallen.
Erfindungsgemäß ist/sind zumindest die Scheibenmembran, bevorzugt die Scheibenmembran und das Schutzgitter, ausschließlich mittels eines Haftmittels, insbesondere eines ringförmigen Klebebands, an einer Unterseite des Rahmens fixiert. Wie bereits ausgeführt liegen die Scheibenmembran und das Schutzgitter so an dem Rahmen vor, dass diese in einem Montagezustand der Entgasungseinheit an dem Behälter zwischen dem Behälter und dem Rahmen kraftschlüssig verspannbar sind.
Das Haftmittel ordnet die Scheibenmembran und/oder das Schutzgitter verliersicher am Rahmen an und fixiert diese gewissermaßen vor der Montage vor. Hierdurch wird ein besonders einfaches Anbringen der Entgasungseinheit an dem Behälter ermöglicht. Die Endbefestigung bezüglich des Behälters erfolgt jedoch durch kraftschlüssiges Verspannen.
Ausführungsformen der Erfindung
Die Rahmenhauptausnehmung weist bevorzugt einen Strömungsquerschnitt auf, der beispielsweise rund oder vieleckig sein kann. Der Strömungsquerschnitt kann auch als Be-/Entlüftungsquerschnitt bezeichnet werden. Weiterhin bevorzugt weist die Rahmenhauptausnehmung einen Radius von maximal 100 Millimetern, insbesondere von maximal 60 Millimetern, besonders bevorzugt von maximal 40 Millimetern auf.
Bevorzugt weist der Rahmen eine Erstreckung in Richtung der Mittelachse von maximal 50 Millimetern, insbesondere von maximal 30 Millimetern, besonders bevorzugt von maximal 15 Millimetern auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform überspannt das Schutzgitter den Be-/Entlüftungsquerschnitt des Rahmens, wobei das Schutzgitter mit einem den Be-/Entlüftungsquerschnitt umlaufenden Randbereich des Rahmens mittelbar oder unmittelbar verbunden ist, nämlich durch das Haftmittel (Klebeband).
Bei einer bevorzugten Ausführungsform bildet der Rahmen eine die Rahmenhauptausnehmung in kleinere Teilausnehmungen unterteilende, insbesondere gitterartige, Struktur aus. Besonders vorteilhaft ist die Membran somit beidseitig von einer Schutzvorrichtung überdeckt. Hierdurch kann die Schutzfunktion hinsichtlich des Eingreifens in den Behälter sowie der unbeabsichtigte Zugriff auf die Scheibenmembran besonders sicher verhindert werden.
Bevorzugt bildet der Rahmen in Richtung der Mittelachse der Entgasungseinheit einen Vorsprung, insbesondere in Form eines Zylinders, besonders bevorzugt in Form eines sich in Entgasungsrichtung verjüngenden Kegelstumpfes, mit zumindest einer der Mittelachse zugewandten und einer der Mittelachse abgewandten Seite aus. Mit anderen Worten bildet der Rahmen einen insbesondere dünnwandigen Vorsprung aus. Der Vorsprung kann beispielsweise durch Materialabtrag aus dem Rahmen oder durch Umformung des Rahmens ausgebildet sein. Zudem ist denkbar, dass der Vorsprung entgegen der Entgasungsrichtung, d.h. bei Anordnung an einem Behälter in Richtung des Behälters, ausgebildet ist. Insbesondere kann der Vorsprung in den Behälter hineinragen.
Eine bevorzugte Ausführungsform weist zusätzlich zu der Rahmenhauptausnehmung zumindest eine, der Rahmenhauptausnehmung in Entgasungsrichtung fluidisch nachgeschaltete oder vorgeschaltete Rahmenausnehmung auf. Die zumindest eine Rahmenausnehmung kann dabei an der gesamten Umfangsfläche des Vorsprungs ausgebildet sein. Mehrere Rahmenausnehmungen sind insbesondere gleichmäßig über die Umfangsfläche verteilt ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich dazu kann zumindest eine Rahmenausnehmung an der Oberseite des Vorsprungs ausgebildet sein. Besonders vorteilhaft in Bezug auf den Strömungsquerschnitt ist jedoch die Ausbildung der zumindest einen Rahmenausnehmung am Umfang bzw. an der Mantelfläche des Vorsprungs.
Bei Anordnung der Rahmenausnehmung am Umfang des Vorsprungs wird eine starke Umlenkung der Entgasungsströmung erreicht. Dabei wird die Entgasungsströmung aus einer Strömungsrichtung entlang der Mittelachse durch die zumindest eine Rahmenausnehmung in eine der Mittelachse zugewandten oder abgewandten Richtung umgelenkt. Mit anderen Worten führt die Ausbildung der Rahmenausnehmung an der Mantelfläche in vorteilhafter Weise zu einem geometrisch verwinkelten Aufbau der Entgasungseinheit mit einer verwinkelten Strömungsführung. Hierdurch wird ein Eindringen von Gegenständen über die Entgasungseinheit in die Scheibenmembran und den Behälter erheblich erschwert.
Bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der der Rahmen zumindest eine, insbesondere zumindest drei, besonders bevorzugt zumindest vier, Befestigungslaschen zur Anordnung der Entgasungseinheit an dem Behälter aufweist. Hierdurch kann eine möglichst gleichmäßige Flächenpressung der Entgasungseinheit an dem Behälter erreicht werden. Besonders günstig in Bezug auf die Flächenpressung und die Ausbildung einer definierten Kontaktfläche am Behälter ist die Anordnung der Befestigungslaschen in einer gemeinsamen Befestigungsebene. Hierdurch kann die Kontaktstelle zwischen Behälter und Entgasungseinheit in besonders günstiger Weise standardisiert werden.
In bevorzugter Weiterbildung sind die Befestigungslaschen durch den Rahmen ausgebildet. Denkbar ist jedoch ebenso eine Anordnung der Befestigungslaschen unter Zuhilfenahme gängiger Fügetechniken, wie beispielsweise Schweißen oder Kleben. Die Aufzählung ist nicht abschließend zu verstehen.
Weiterhin bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der die Befestigungslaschen jeweils zumindest eine Durchgangsausnehmung zur Anordnung eines Befestigungsmittels aufweisen. Die Durchgangsausnehmungen der Befestigungslaschen können ein Gewinde zur schraubbaren Anordnung eines Befestigungsmittels aufweisen. Hierdurch kann eine Anordnung der Entgasungseinheit besonders einfach und flexibel in Bezug auf die Anschraubpressung erfolgen.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist an der Unterseite - d.h. bei Anordnung der Entgasungseinheit an einem Behälter, der dem Behälter zugewandten Seite - des Rahmens ein umlaufendes Dichtmittel, insbesondere ein Silikon-Elastomer, besonders bevorzugt eine Silikon-Kautschuk-Dichtung (VMQ), angeordnet. Durch Anordnung eines Dichtmittels kann eine besonders gute Abdichtung der Kontaktstelle zwischen dem Rahmen der Entgasungseinheit und dem Behälter erreicht werden. Das Dichtmittel kann lose, lösbar oder unlösbar an der Unterseite des Rahmens angeordnet sein. Bei lösbarer und unlösbarer Anordnung des Dichtmittels wird das besonders einfache Anbringen der Entgasungseinheit an dem Behälter begünstigt.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Rahmen eine Rahmenhaube und einen Rahmenkranz auf. Der Rahmenkranz kann dabei lose, lösbar oder unlösbar an der Rahmenhaube angeordnet sein. Der Rahmenkranz kann als Adapter zwischen Rahmenhaube und Behälter ausgebildet sein. Hierdurch kann eine besonders einfache konstruktive Anpassung der Entgasungseinheit in Bezug auf wechselnde Behälterformen und/oder Kontaktflächen zwischen Behälter und Entgasungseinheit vorgenommen werden.
Besonders bevorzugt ist eine Weiterbildung, bei der der Rahmenkranz eine umlaufende Nut aufweist, an der das Dichtmittel angeordnet ist. Eine umlaufende Nut vereinfacht die Anordnung des Dichtmittels, begünstigt dessen Dichtwirkung und verringert die Angriffsfläche ungünstiger Umwelteinflüsse.
Bevorzugt ist eine Weiterbildung, bei der der Rahmenkranz zumindest zwei, insbesondere drei, besonders bevorzugt vier, Hakenelemente aufweist. Die Hakenelemente hintergreifen die Rahmenhaube, insbesondere in Richtung der Mittelachse des Rahmens. In besonders bevorzugter Weiterbildung greift zumindest ein Hakenelement in zumindest eine am Umfang des Vorsprungs ausgebildete Rahmenausnehmung. Besonders vorteilhaft ist eine Ausbildung des zumindest einen Hakenelements komplementär zu der zumindest einen Rahmenausnehmung, insbesondere in Bezug auf die Erstreckung in Umfangsrichtung. Mit anderen Worten weist zumindest ein Hakenelement eine Breite auf, die der Breite zumindest einer Rahmenausnehmung entspricht. Hierdurch wird die besonders positionsgenaue Anordnung des Rahmenkranzes an der Rahmenhaube begünstigt und ein Verdrehen des Rahmenkranzes relativ zu der Rahmenhaube verhindert.
In einer weiteren Ausführungsform sind Rahmenhaube und/oder Rahmenkranz und/ oder die Schutzhaube aus einem Blech, insbesondere Metallblech, ausgebildet. Hierdurch kann der Rahmen unter Sicherstellung der besonderen Sicherheitsfunktion besonders einfach und kostengünstig bereitgestellt werden.
In bevorzugter Weiterbildung weist die Entgasungseinheit zwischen Rahmen und Scheibenmembran und zwischen Rahmen und Schutzgitter ein gemeinsames Haftmittel, insbesondere ein zweiseitig haftendes Mittel, besonders bevorzugt ein ringförmiges doppelseitiges Klebeband, auf. In Bezug auf die Mittelachse weist das Haftmittel diesbezüglich einen geringeren radialen Minimalabstand und einen größeren radialen Maximalabstand als die Scheibenmembran einen radialen Maximalabstand auf. Mit anderen Worten überlappt das Haftmittel die Scheibenmembran in deren Randbereich. Hierdurch wird sowohl die Scheibenmembran als auch, abhängig von der Anordnungsreihenfolge von Haftmittel und Scheibenmembran, das Schutzgitter zumindest im Überlappungsbereich des Haftmittels am Rahmen angeheftet.
In besonders bevorzugter Weiterbildung weist das Haftmittel in Bezug auf die Mittelachse einen größeren radialen Maximalabstand, als das Schutzgitter und einen radialen Maximalabstand, der größer als der radiale Minimalabstand des Dichtmittels und geringer als der radiale Maximalabstand des Dichtmittels ist, auf. Mit anderen Worten überlappt das Haftmittel in radialer Richtung die dem Rahmen zugewandte Seite des an der Unterseite des Rahmens angeordneten Dichtmittels teilweise. Das Dichtmittel kann zur Anordnung an dem Haftmittel eine, insbesondere umlaufende, Ausnehmung aufweisen. Hierdurch wird ein Anheben des Dichtmittels in Richtung der Mittelachse durch das teilweise Unterlegen des Dichtmittels durch das Haftmittel verhindert. Besonders günstig kann somit die Scheibenmembran, das Schutzgitter und das Dichtmittel mit lediglich einem Haftmittel verliersicher an der Unterseite des Rahmens fixiert werden.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Entgasungseinheit eine Schutzhaube auf, die lösbar, insbesondere durch Verrasten, mit dem Rahmen oder unlösbar, insbesondere durch Umlegen eines dafür vorgesehenen Teilbereichs des Rahmens, an dem Rahmen angeordnet ist.
Eine besonders bevorzugte Weiterbildung sieht vor, dass die Schutzhaube aus feuerfestem Material, insbesondere aus Metall, besonders bevorzugt aus Edelstahl, besteht. Hierdurch kann die Schutzwirkung der Entgasungseinheit im und nach einem Brandfall weiter gesteigert werden.
Eine Schutzhaube verbessert die Schutzwirkung gegen ein unbeabsichtigtes Einführen von Gegenständen oder ein Hineingreifen in den Behälter über die Entgasungseinheit. Die Schutzhaube kann zu diesem Zweck zumindest einen Schutzhaubenvorsprung, insbesondere zumindest zwei Schutzhaubenvorsprünge, in Richtung der Mittelachse mit einer radialen Innenseite und einer radialen Außenseite ausbilden. Eine radiale Innenseite weist dabei eine überwiegend der Mittelachse zugewandte Fläche und eine radiale Außenseite eine überwiegend von der Mittelachse abgewandte Fläche auf. Mit anderen Worten kann die Schutzhaube zumindest eine, insbesondere dünnwandige, Ausformung in Richtung der Mittelachse mit einer zur Mittelachse geneigten Umfangseite und einer von der Mittelachse abgewandten Umfangsseite aufweisen. Die radiale Innenseite und die radiale Außenseite sind bevorzugt in Umfangsrichtung umlaufend ausgebildet. Sind mehrere Schutzhaubenvorsprünge ausgebildet, sind diese bevorzugt koaxial zur Mittelachse ausgebildet.
Der zumindest eine Schutzhaubenvorsprung kann zumindest eine Schutzhaubenausnehmung aufweisen. Um einen besonders effektiven Schutz zu ermöglichen, ist die zumindest eine Schutzhaubenausnehmung an einer zur Mittelachse geneigten radialen Innen- oder Außenseite des zumindest einen Schutzhaubenvorsprungs ausgebildet. Mit anderen Worten erfolgt eine Umlenkung der Strömung durch die Schutzhaubenausnehmung, in Bezug auf die Strömungsrichtung durch den Rahmen, in einer der Mittelachse zugewandten oder abgewandten Weise. Dies führt in besonders vorteilhafter Weise zu einem verwinkelten geometrischen Aufbau der Entgasungseinheit, der ein Eindringen von Gegenständen sowie das Hineingreifen über die Entgasungseinheit in den Behälter erschwert und folglich die Sicherheitsfunktion verbessert.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausbildung mit zumindest einer Schutzhaubenausnehmung in Kombination mit zumindest einer Rahmenausnehmung, bei der eine gegenläufige Umlenkung durch die Ausnehmungen erfolgt. Mit anderen Worten ist eine Kombination besonders sinnvoll, wenn die Rahmenausnehmung die Strömung in einer der Mittelachse zugewandten Weise und die Schutzhaubenausnehmung die Strömung in einer der Mittelachse abgewandten Weise umlenkt oder wenn die Rahmenausnehmung die Strömung in einer der Mittelachse abgewandten Weise und die Schutzhaubenausnehmung die Strömung in einer von der Mittelachse zugewandten Weise umlenkt. Besonders wirksam ist eine Kombination von Schutzhaubenausnehmung und Rahmenausnehmung insbesondere dann, wenn der Strömungsmittelpunkt der Schutzhaubenausnehmung und der Strömungsmittelpunkt der Rahmenausnehmung eine abweichende radiale Beabstandung von der Mittelachse aufweisen. Hierdurch wird die Entgasungseinheit besonders verwinkelt ausgebildet und ein ungewolltes Einführen von Fremdkörpern und/oder Hineingreifen in den Behälter über die Entgasungseinheit besonders effektiv verhindert.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann an der Rahmenhaube oder an der Schutzhaube ein Notentgasungsdorn vorliegen, der sich zu der Scheibenmembran erstreckt und dessen Spitze in einem vorbestimmten Abstand von einer äußeren Oberfläche der Scheibenmembran vorliegt, wobei der Notentgasungsdorn bevorzugt durch Umformen, insbesondere durch Stanzen und/oder Biegen, einteilig mit der Rahmenhaube oder der Schutzhaube ausgebildet ist.
Der Notentgasungsdorn ist dazu vorgesehen, die Membran bei Überschreitung eines vorbestimmten Überdrucks im Batteriegehäuse - infolgedessen sich die Membran nach außen hin ausbaucht - zu kontaktieren und bei einer weiteren Druckerhöhung zu punktieren und zum Reißen zu bringen. Dies sichert im Notentgasungsfall (thermisches Event, Batteriezelldefekt) eine schnelle Öffnung des vollen Be-/Entlüftungsquerschnitts. Indem der Notentgasungsdorn, wie hierin vorgeschlagen, als Umformteil einteilig mit der Schutzhaube oder Rahmenhaube ausgebildet wird, ist eine sehr einfache und kostengünstige Fertigung der Vorrichtung gewährleistet.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Anordnung sieht eine Befestigung des Rahmens am Behälter über die Befestigungslaschen mittels herkömmlicher Fügeverfahren, insbesondere durch Verschrauben, besonders bevorzugt durch Schweißen, vor. Die Aufzählung ist dabei nicht abschließend zu verstehen.
Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der die Entgasungseinheit überwiegend außerhalb des Behälters angeordnet ist. Hierdurch ist die Anordnung der Entgasungseinheit an dem Behälter besonders einfach auszuführen. Denkbar wäre jedoch ebenso, dass die Entgasungseinheit überwiegend im Inneren des Behälters angeordnet ist.
Figurenliste

1 zeigt eine erste Ausführungsform einer Entgasungseinheit in einer perspektivischen Ansicht;
2 zeigt die erste Ausführungsform der Entgasungseinheit aus 1 in einer Explosionsdarstellung;
3 zeigt die Entgasungseinheit aus 1 und 2 in einer geschnittenen Seitenansicht;
4 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Entgasungseinheit in einer geschnittenen Seitenansicht;
5 zeigt ausschnittsweise eine Anordnung der Entgasungseinheit aus 4 an einem Behälter in einer geschnittenen Seitenansicht.

1 zeigt eine Ausführungsform einer Entgasungseinheit 10 im zusammengesetzten Zustand vor deren Anordnung an einem Behälter.
2 zeigt die erste Ausführungsform der Entgasungseinheit 10 in einer Explosionsdarstellung. Ein Rahmen 12 weist eine Rahmenhaube 14 und einen Rahmenkranz 16 auf. Die Rahmenhaube 14 weist vier Befestigungslaschen 18 mit jeweils einer Durchgangsausnehmung 20 (aus Gründen der Übersichtlichkeit ist lediglich eine Befestigungslasche 18 und eine Durchgangsausnehmung 20 mit einem Bezugszeichen versehen) zur Befestigung des Rahmens 12 an einem Behälter 22 (siehe 5), insbesondere einem Batteriegehäuse, auf. Die Befestigungslaschen 18 bilden eine gemeinsame imaginäre Befestigungsebene 24 aus. Über die Befestigungsebene 24 kann die Entgasungseinheit 10 in Richtung einer Mittelachse 26 an dem Behälter 22 (siehe 5) angeordnet werden. Die Mittelachse 26 ist in Bezug auf die Komponenten der Entgasungseinheit 10 überwiegend als Symmetrieachse ausgebildet.
Die Rahmenhaube 14 bildet einen kegelstumpfförmigen Vorsprung 28 in Richtung der Mittelachse 26 aus. Der Vorsprung 28 weist fünf Rahmenausnehmungen 30 auf (aus Gründen der Übersichtlichkeit ist lediglich eine Rahmenausnehmung 30 mit einem Bezugszeichen versehen). Vier Rahmenausnehmungen 30 sind am Umfang 32 des Vorsprungs 28 und eine Rahmenausnehmung 30 an der Oberseite 34 des Vorsprungs 28 ausgebildet.
Der Rahmenkranz 16 weist vier Hakenelemente 36 auf (aus Gründen der Übersichtlichkeit ist lediglich ein Hakenelement 36 mit einem Bezugszeichen versehen). Die Hakenelemente 36 hintergreifen in Richtung der Mittelachse 26 die Rahmenhaube 14 und verhindern zuverlässig ein Lösen des Rahmenkranzes 16. Während die Hakenelemente 36 die translatorische Bewegung zwischen Rahmenhaube 14 und Rahmenkranz 16 beschränken, dient der Umfang 32 des Vorsprungs 28 zur Beschränkung eines Rotationsfreiheitsgrades um die Mittelachse 26. Die Hakenelemente 36 weisen diesbezüglich eine ähnliche Breite wie die Rahmenausnehmungen 30 auf. Dies führt zu einer genauen Anordnung und Ausrichtung des Rahmenkranzes 16 an der Rahmenhaube 14. Zur Erleichterung der Anordnung des Rahmenkranzes 16 an der Rahmenhaube 14 weisen die Hakenelemente 36 eine Steifigkeit auf, die ein Anklipsen des Rahmenkranzes 16 an der Rahmenhaube 14 ermöglicht.
Eine mikroporöse runde Scheibenmembran 38 ist an der von der Rahmenhaube 14 abgewandten Seite des Rahmenkranzes 16 angeordnet und überdeckt eine Rahmenhauptausnehmung 40 des Rahmens 12. Dabei überlappt die Scheibenmembran 38 den Randbereich der Rahmenhauptausnehmung 40 und wird durch ein doppelseitiges Ringklebeband 42 am Rahmenkranz 16 fixiert. Das doppelseitige Ringklebeband 42 weist dabei einen Innendurchmesser auf, der größer als der Außendurchmesser der Rahmenhauptausnehmung 40 ist und einen Außendurchmesser, der größer als der Außendurchmesser der Scheibenmembran 38 ist. Mit anderen Worten befestigt das doppelseitige Ringklebeband 42 außerhalb des Durchströmungspfades der Rahmenhauptausnehmung 42 mit der dem Rahmenkranz 16 zugewandten Seite des doppelseitigen Ringklebebands 42 die Scheibenmembran 38 am Rahmenkranz 16. Ein Schutzgitter 44 ist an der dem Rahmenkranz 16 abgewandten Seite des doppelseitigen Ringklebebands 42 angeordnet und verhindert eine ungewollte Beschädigung der Scheibenmembran 38 vor dem und während des Einbaus der Entgasungseinheit 10.
Der Rahmenkranz 16 weist, an der von der Rahmenhaube 14 abgewandten Seite (in 2 durch den Rahmenkranz 16 verdeckt), eine umlaufende Nut 46, zur Aufnahme einer Ringdichtung 48 auf. Die Ringdichtung 48 verhindert im Einbauzustand das ungewollte Entgasen unter Umgehung der Scheibenmembran 38 und verhindert zugleich das Eindringen von Flüssigkeiten und Festkörpern in den Behälter 22 (siehe 5).
Die Entgasungseinheit 10 weist zudem eine Schutzhaube 50 auf, die den Rahmen 12 mit Ausnahme der Befestigungslaschen 18 nahezu vollständig verdeckt (siehe 1). Hierzu bildet die Schutzhaube 50 entsprechende umfangsseitige Ausnehmungen 52 aus (aus Gründen der Übersichtlichkeit ist lediglich eine Ausnehmung 52 der Schutzhaube 50 mit einem Bezugszeichen versehen). Zur Anordnung der Schutzhaube 50 am Rahmen 12 weist die Schutzhaube 50 vier Befestigungslaschen 54 auf, in die Befestigungsvorsprünge 56 der Rahmenhaube 14 eingreifen (aus Gründen der Übersichtlichkeit ist lediglich eine Befestigungslasche 54 und ein Befestigungsvorsprung 56 mit einem Bezugszeichen versehen). Denkbar ist ebenso, dass die Schutzhaube 50 mittels anderer Befestigungsmaßnahmen am Rahmen 12 angeordnet ist. Beispielsweise, jedoch nicht abschließend, seien an dieser Stelle Schraub-, Rast-, oder Klebeverbindungen genannt. Zudem ist ebenso denkbar, dass die Befestigungsvorsprünge 56 am Rahmenkranz 16 ausgebildet sind.
3 zeigt einen Schnitt durch die Ausführungsform der Entgasungseinheit 10 aus den vorhergehenden Figuren im zusammengesetzten Zustand zur Veranschaulichung der Funktionsweise.
Die Hakenelemente 36 des Rahmenkranzes 16 hintergreifen in Richtung der Mittelachse 26 die Rahmenhaube 14. Die Hakenelemente 36 greifen dabei in die Rahmenausnehmungen 30, die am Umfang 32 des Vorsprungs 28 ausgebildet sind. Denkbar ist ebenso, dass die Anzahl der Hakenelemente 36 geringer sein kann als die Anzahl der Rahmenausnehmungen 30.
Die Scheibenmembran 38 ist, in Bezug auf eine Entgasungsrichtung, stromaufwärts an einer Unterseite 58 des Rahmens 12, insbesondere des Rahmenkranzes 16, angeordnet und überdeckt die Rahmenhauptausnehmung 40. Das doppelseitige Ringklebeband 42 ist unterhalb der Scheibenmembran 38 angeordnet und überdeckt den Randbereich der Scheibenmembran 38 in Umfangsrichtung, ohne den Strömungsquerschnitt der Rahmenhauptausnehmung 40 zu beeinflussen. Das Ringklebeband 42 steht dabei in radialer Richtung über die Scheibenmembran 38 über. 2 zeigt einen Spalt zwischen dem Rahmenkranz 16 und dem über die Scheibenmembran 38 hinausragenden Teil des Ringklebebands 42. Durch Andrücken des Ringklebebands 42 wird dieser Spalt geschlossen, und das Ringklebeband 42 liegt sowohl an der Scheibenmembran 38 als auch am Rahmenkranz 16 an. An der der Scheibenmembran 38 abgewandten Seite des Ringklebebands 42 ist das Schutzgitter 44 angeordnet. Der Außendurchmesser des Schutzgitters 44 entspricht dem Außendurchmesser des Ringklebebands 42.
Die Schutzhaube 50 bildet in Richtung der Mittelachse 26 einen ersten Schutzhaubenvorsprung 60 und einen zweiten Schutzhaubenvorsprung 62 aus. Beide Schutzhaubenvorsprünge 60 und 62 bilden mehrere Schutzhaubenausnehmungen 64 an den der Mittelachse 26 zugewandten Vorsprungsflanken 66 aus (aus Gründen der Übersichtlichkeit ist lediglich eine Schutzhaubenausnehmung 64 mit einem Bezugszeichen versehen).
Zwei Strömungslinien 68 und 70 sind zur Veranschaulichung der Strömungsführung durch die Entgasungseinheit 10 abgebildet und weisen in Entgasungsrichtung. Die Strömungslinien 68 und 70 durchströmen zunächst das Schutzgitter 44 und den frei durchströmbaren Innenbereich des Ringklebebands 42. Die gasdurchlässige Scheibenmembran 38 verhindert anschließend das Austreten, jedoch vor allem das Eindringen von Flüssigkeiten und Partikeln in den Behälter 22 (siehe 5). Anschließend durchströmt das Gas die Rahmenhauptausnehmung 40 und wird durch die Rahmenausnehmungen 30 aus einer zur Mittelachse 26 parallelen Richtung abgelenkt. Die Strömung gemäß Strömungslinie 68 wird durch die Rahmenausnehmung 30 an der Oberseite 34 des Vorsprungs 28 zunächst in Richtung der Mittelachse 26, anschließend durch die Schutzhaube 50 in eine von der Mittelachse 26 abgewandte Richtung und zuletzt durch die Schutzhaubenausnehmung 64 wiederum in Richtung der Mittelachse 26 umgelenkt. Die Strömung gemäß Strömungslinie 70 wird dahingegen zunächst durch die am Umfang 32 des Vorsprungs 28 ausgebildete Rahmenausnehmung 30 in eine von der Mittelachse 26 abgewandte Richtung und anschließend durch die Schutzhaubenausnehmung 64 in Richtung der Mittelachse 26 umgelenkt. Zudem sind die Flächenmittelpunkte der Rahmenausnehmungen 30 und der Schutzhaubenausnehmungen 64 in radialer Richtung unterschiedlich weit von der Mittelachse 26 beabstandet, was ein geradliniges Einführen von Gegenständen in Richtung der Mittelachse 26 effektiv verhindert.
4 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Entgasungseinheit 10. Eine Schutzhaube 50 weist einen Befestigungskranz 72 auf. Durch Umlegen eines Teilbereichs 74 eines Rahmens 12 ist die Schutzhaube 50 über den Befestigungskranz 72 an dem Rahmen 12 angeordnet. Ebenfalls vorstellbar ist, den Teilbereich 74 vor Anordnung der Schutzhaube 50 umzulegen. Der Befestigungskranz 72 wird dann unter geringfügiger Verformung der Schutzhaube 50 unter den umgelegten Teilbereich 74 geklemmt.
Die Schutzhaube 50 überdeckt mit Ausnahme des umgelegten Teilbereichs 74 nahezu den gesamten Rahmen 12. Befestigungslaschen 18 sind innerhalb des von der Schutzhaube 50 überdeckten Bereichs des Rahmens 12 am Rahmen 12 ausgebildet. Hierdurch können die Befestigungslaschen 18 besonders sicher vor äußeren Umwelteinflüssen geschützt werden.
Eine Scheibenmembran 38 ist an der Unterseite 58, d.h. mit Bezug auf die Entgasungsrichtung stromaufwärts am Rahmen 12 der Entgasungseinheit 10 angeordnet. Die Scheibenmembran 38 wird in ihrem Randbereich durch ein doppelseitiges Ringklebeband 42 überdeckt und an der Unterseite 58 des Rahmens 12 gehalten. Ein Schutzgitter 44 ist an der der Scheibenmembran 38 abgewandten Seite des doppelseitigen Ringklebebands 42 angeordnet und entspricht im Durchmesser der Scheibenmembran 38. In dem in radialer Richtung über die Scheibenmembran 38 und das Schutzgitter 44 überstehenden Bereich des Ringklebebands 42 ist an der dem Rahmen 12 abgewandten Seite des doppelseitigen Ringklebebands 42, ein Teilbereich eines Dichtmittels 48 angeordnet. Das Dichtmittel 48 weist eine umlaufende Ausnehmung (nicht mit einem Bezugszeichen versehen) auf, um ein Abheben des Dichtmittels 48 von der Unterseite 58 des Rahmens 12 zu verhindern.
5 zeigt einen Ausschnitt einer Anordnung 100 mit einer Entgasungseinheit 10 gemäß 4 und einem Behälter 22. Eine Scheibenmembran 38, ein Ringklebeband 42, ein Schutzgitter 44 sowie ein Dichtmittel 48 sind zwischen einer Unterseite 58 eines Rahmens 12 der Entgasungseinheit 10 und einer Kontaktfläche 76 des Behälters 22 verklemmt angeordnet. Hierdurch kann auf eine aufwendige Befestigung der Einzelkomponenten 38, 44 und 48 der Entgasungseinheit 10 verzichtet werden, da eine hinreichende Befestigung im angeordneten Zustand erreicht wird. Ein Haftmittel 42 dient der verliersicheren Anordnung der Einzelkomponenten 38, 44 und 48 vor bestimmungsgemäßer Anordnung an dem Behälter 22.
Unter Vornahme einer Zusammenschau aller Figuren der Zeichnung betrifft die Erfindung eine Entgasungseinheit 10 zur Anordnung an einem Behälter 22, insbesondere einem Batteriegehäuse, mit einem Rahmen 12, einer gasdurchlässigen Scheibenmembran 38 und einem in Entgasungsrichtung fluidisch vorgeschalteten Schutzgitter 44, wobei der Rahmen 12 aus einem feuerfestem Material besteht.
Bezugszeichenliste

10: Entgasungseinheit
12: Rahmen
14: Rahmenhaube
16: Rahmenkranz
18: Befestigungslaschen
20: Durchgangsausnehmungen
22: Behälter
24;: Befestigungsebene
26: Mittelachse
28: Vorsprung
30: Rahmenausnehmungen
32: Umfang
34: Oberseite
36: Hakenelemente
38: Scheibenmembran
40: Rahmenhauptausnehmung
42: Ringklebeband
44: Schutzgitter
46: umlaufende Nut
48: Ringdichtung
50: Schutzhaube
52: umfangsseitige Ausnehmungen der Schutzhaube 50
54: Befestigungslaschen
56: Befestigungsvorsprünge
58: Unterseite
60: erster Schutzhaubenvorsprung
62: zweiter Schutzhaubenvorsprung
64: Schutzhaubenausnehmungen
66: Vorsprungsflanken 66 der Schutzhaube 50
68: Strömungslinie
70: Strömungslinie
72: Befestigungskranz
74: Teilbereich
74: des Rahmens 12
76: Kontaktfläche
100: Anordnung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

CN 206490102 U [0003]
JP 2014203626 A [0003]
EP 2629350 A1 [0003]
JP 2012256536 A [0004]
CN 103855332 A [0006]

Claims

Entgasungseinheit (10) zur Anordnung an einem Behälter (22), insbesondere an einem Batteriegehäuse, mit einem Rahmen (12), einer mikroporösen Scheibenmembran (38) und einem Schutzgitter (44), wobei das Schutzgitter (44) die Scheibenmembran (38) überdeckt, und wobei der Rahmen (12) und das Schutzgitter (44) aus einem feuerfesten Material, insbesondere aus einem Metall oder einer Metalllegierung, bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Scheibenmembran (38), bevorzugt die Scheibenmembran (38) und das Schutzgitter (44), ausschließlich mittels eines Haftmittels (42), insbesondere eines ringförmigen Klebebands, an einer Unterseite (58) des Rahmens (12) fixiert sind, wobei die Scheibenmembran (38) und das Schutzgitter (44) so an dem Rahmen (12) vorliegen, dass diese in einem Montagezustand der Entgasungseinheit (10) an dem Behälter (22) zwischen dem Behälter (22) und dem Rahmen (12) kraftschlüssig verspannbar sind.
Entgasungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzgitter (44) einen Be-/Entlüftungsquerschnitt des Rahmens (12) überspannt, wobei das Schutzgitter (44) mit einem den Be-/Entlüftungsquerschnitt umlaufenden Randbereich des Rahmens (12) mittelbar oder unmittelbar verbunden ist.
Entgasungseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (12) zumindest eine, insbesondere zumindest drei, besonders bevorzugt zumindest vier, Befestigungslaschen (18) zur Anordnung der Entgasungseinheit (10) an dem Behälter (22) aufweist, wobei die Befestigungslaschen (18) bevorzugt Durchgangsausnehmungen (20) zur Anordnung eines Befestigungsmittels aufweisen.
Entgasungseinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Unterseite (58) des Rahmens (12) ein umlaufendes Dichtmittel (48), insbesondere ein Dichtungsring, angeordnet ist.
Entgasungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (12) eine Rahmenhaube (14) und einen Rahmenkranz (16) aufweist.
Entgasungseinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmenkranz (16) eine umlaufende Nut (46) aufweist, an der das Dichtmittel (48) angeordnet ist.
Entgasungseinheit nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmenkranz (16) zumindest zwei, insbesondere drei, besonders bevorzugt vier, Hakenelemente (36) aufweist, die die Rahmenhaube (14) in einer zur Unterseite (58) des Rahmens (12) orthogonalen Richtung hintergreifen und den Rahmenkranz (16) an der Rahmenhaube (14) befestigen.
Entgasungseinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rahmenhaube (14) und/oder der Rahmenkranz (16) aus einem Metallblech ausgebildet ist/sind.
Entgasungseinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entgasungseinheit (10) eine Schutzhaube (50) aufweist, die lösbar, insbesondere durch Verrasten, mit dem Rahmen (12) oder unlösbar, insbesondere durch Umlegen oder Verbördeln eines dafür vorgesehenen Teilbereichs (74) des Rahmens (12), an dem Rahmen (12) angeordnet ist.
Entgasungseinheit gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzhaube (50) aus einem Metallblech ausgebildet ist.
Entgasungseinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Rahmenhaube (14) oder an der Schutzhaube (50) ein Notentgasungsdorn (141) vorliegt, der sich zur der Scheibenmembran (38) erstreckt und dessen Spitze in einem vorbestimmten Abstand von einer äußeren Oberfläche der Scheibenmembran (38) vorliegt, wobei der Notentgasungsdorn (141) bevorzugt durch Umformen, insbesondere durch Stanzen und/oder Biegen, einteilig mit der Rahmenhaube (14) oder der Schutzhaube (50) ausgebildet ist.
Anordnung (100) mit einer Entgasungseinheit (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche und einem Behälter (22), insbesondere einem Batteriegehäuse, wobei die Entgasungseinheit (10) mit ihrem Rahmen (12) an dem Behälter (22) angeordnet ist und eine Gehäuseöffnung überdeckt, wobei die Scheibenmembran (38) und das Schutzgitter (44) zwischen dem Behälter (22) und dem Rahmen (12) kraftschlüssig verspannt sind.
Anordnung (100) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (22) eine Öffnung aufweist, die einem umlaufenden Randbereich hat, wobei die Entgasungseinheit (10) so mit dem Behälter (22) verbunden ist, dass die Öffnung im Wesentlichen fluiddicht durch die Entgasungseinheit (10) verschlossen ist, wobei die Scheibenmembran (38) und das Schutzgitter (44) in dem Randbereich des Behälters kraftschlüssig verspannt sind.