DE102020005187A1

DE102020005187A1 - Flammschützendes Batterie-Etikett

Info

Publication number: DE102020005187A1
Application number: DE102020005187.1A
Authority: DE
Inventors: Alois Glienke; Rainer Hans-Joachim Stumpf
Original assignee: Individual
Current assignee: GLIENKE, ALOIS, DE; STUMPF, RAINER HANS-JOACHIM, DE
Priority date: 2020-08-25
Filing date: 2020-08-25
Publication date: 2022-03-03

Abstract

Etikett nach Ansprüchen 1 bis 3 des deutschen Patentes DE3348088 der damaligen Zweckform Etikettiertechnik GmbH, heute CCL Label GmbH Holzkirchen (Domestic Patent References: DE3211331A1 vom 14.10.1982 und DE7822389U1 Foreign References 4190168 vom 26.02.1980) dadurch gekennzeichnet, dass die innere Folie anders als a.a.O. ganz oder teilweise aus Blähgraphit besteht, der (1) selbst nicht entflammbar ist und sich (2) bei Hitzeentwicklung stark ausdehnt und der über die dann stark erweiterte Folienoberfläche eine schnelle Oxidation des Kohlenstoffes bewirkt und dadurch inertisierend dem Innenraum der Batterie ebenso wie den der Batterie nahen Räumen - etwaigen Flammen entgegenwirkend - Sauerstoff entzieht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Etikett nach dem Oberbegriff des Schutzanspruches 1 des nachfolgend genannten Vorpatentes. Es dient der Reduzierung, im besten Falle der Beseitigung von bauartbedingten Restrisiken beim Einsatz von wieder aufladbaren Lithium-Akkus durch Brand, Explosion und/oder Ausgasung.
I.
Das im Anspruch genannte Vorpatent ist - unter Beifügung der im Text angesprochenen technischen Zeichnungen - damit begründet worden (Die Darstellung berücksichtigt die aktuelle, in Folge der Rechtschreibereform zwischenzeitlich geänderte Grammatik),
„die Erfindung betreffe ein Etikett nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1; bei einem nach der US-PS 41 90 168 bekannten Etikett dieser Art seien zwei schlauchförmige schrumpfbare Kunststofffolien mit einem Kleber verbunden worden; zwischen beiden Kunststofffolien sei auf der einen oder der anderen Folie ein Aufdruck aufgebracht; aus der DE-32 11 331 A1 sei ein schrumpfbares Rundumhaftetikett für eine zylindrische Trockenbatterie bekannt, das vor dem Schrumpfen mit Überstand über beide Stirnflächen des Körpers der Trockenbatterie auf den Körper aufgeklebt werde; Aufgabe der Erfindung sei es, ein Etikett eingangs genannter Art anzugeben, das in Massenfertigung verfahrenstechnisch einfach aufgebracht werden könne und nach dem Aufbringen auch starken mechanischen Beanspruchungen widerstehe; die Lösung dieser Aufgabe sei im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegeben; um dem Aufdruck einen metallischen Kontrast zu geben, dennoch aber für eine sichere Haftung des Aufdrucks zu sorgen, seien bevorzugt Ausbildungen nach Anspruch 2 oder 3 vorgesehen; die Erfindung werde im Folgenden an Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen erläutert: 1 zeige eine erste Ausführungsform eines Haftetiketts im Querschnitt, 2 zeige schematisch das an sich bekannte Aufbringen eines solchen Haftetiketts auf den Körper einer Trockenbatterie, 3 zeige eine zweite Ausführungsform eines Haftetiketts im Querschnitt, 4 zeige eine dritte Ausführungsform eines Haftetiketts im Querschnitte, 5 zeige eine vierte Ausführungsform eines Haftetiketts im Querschnitt; das Haftetikett nach 1 befinde sich auf einer Unterlage 2, die mit einer klebstoffabweisenden Schicht 4, etwa aus Silicon, versehen sei; auf der klebstoffabweisenden Schicht 4 befinde sich ablösbar ein unterseitig mit einer Haftklebstoffschicht 6 versehener Träger 8 aus Kunststoff; auf die Außenseite des Trägers 8 sei ein nur schematisch dargestellter Aufdruck 10 aufgebracht; die mit dem Aufdruck 10 versehene Oberfläche sei von einer rückseitig mit einer Kaschierkleberschicht 12 versehenen Folie 14 aus gerecktem, schrumpfbarem Kunststoff abgedeckt; diese Folie 14 stehe an beiden Rändern 16, 18 über die unter ihr liegenden Schichten 6, 8, 10, 12 über das Etikett werde durch die Schichten 6, 8, 10, 12, 14 gebildet und vor dem Aufbringen auf einem Batteriekörper 20 (2) von der Unterlage 2, 4 abgelöst; die axialen Abmessungen des Batteriekörpers 20 stimmten mit den Abmessungen der Schichten 6, 8 10, 12 des Etiketts nach 1 überein; das Etikett werde nun so aufgebracht, dass die Folie 14 aus schrumpfbarem Kunststoff außen liege und die Schicht 6 auf den Trockenbatteriekörper 20 geklebt werde; sei das Etikett um den Körper 20 der Trockenbatterie rundum aufgeklebt, werde das Etikett und mit ihm der Körper 20 einer Wärmeeinwirkung ausgesetzt, die zur Folge habe, dass die Folie 14 schrumpfe und sich dadurch die überstehenden Ränder 16, 18 fest an den Randbereich der Stirnflächen des Körpers 20 anlegten; das Etikett nach 3 sei ähnlich aufgebaut wie das nach 1, jedoch mit zusätzlichen Schichten versehen. diejenigen Schichten, die denen nach 1 entsprechen würden, seien mit den gleichen Bezugsziffern versehen wie die entsprechenden Schichten in 1; anders als bei der Ausführungsform nach 1 befinde sich der Aufdruck 10 nicht auf dem Träger 8; vielmehr sei der Träger 8 mit einer Aufdampfschicht 22 versehen, die außen eine Primer-Schicht 24 für den Aufdruck 10 trage; die Aufdampfschicht gebe dem Körper von außen ein metallisches Aussehen und bilde einen guten Kontrast für den Aufdruck 10. für 4 gelte hinsichtlich der Bezugsziffern das gleiche wie für 3. in diesem Fall sei jedoch auf die Außenfläche des Trägers 8 eine Folienschicht 26 aufgebracht, die rückseitig mit der Aufdampfschicht 22 und einer auf deren Rückseite befindlichen Kaschierkleberschicht 28 versehen sei; dieses Etikett nach 4 zeichne sich durch besonders hohe Widerstandsfähigkeit und besonders hohe Isolationseigenschaften aus.
Angemeldet wurden mit dem Vorpatent die folgenden Ansprüche (Die Darstellung berücksichtigt die aktuelle, in Folge der zwischenzeitlichen Rechtschreibereform geänderte Grammatik):

1. Auf eine Umfangsfläche eines Körpers (20), insbesondere einer Trockenbatterie, aufgeschrumpftes, mehrschichtiges Etikett, das zwei in Umfangsrichtung des Körpers (20) gereckte, über wenigstens eine Klebstoffschicht (12, 28) miteinander verbundene Kunststofffolien (8, 14) aufweist, von denen die äußere Kunststofffolie (14) durchsichtig ist und einen Aufdruck (10) abdeckt, dadurch gekennzeichnet, dass es innenseitig mit einer Haftklebstoffschicht (6) versehen ist und dass die äußere Kunststofffolie (14) in Axialrichtung des Körpers (20) über beide Ränder des Körpers (20) überstehende und den Stirnflächen des Körpers (20) fest anliegende Ränder (16, 18) aufweist.
2. Etikett nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich auf der inneren Kunststofffolie (8) außenseitig eine Aufdampfschicht (22) vorzugsweise aus Aluminium -, auf dieser eine Primerschicht (24) und auf dieser der Aufdruck (10) befindet.
3. Etikett nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen der inneren Kunststofffolie (8) und der äußeren Kunststofffolie (14) eine mittlere Kunststofffolie (26) befindet, auf der sich außenseitig eine Primerschicht (24) und darauf der Aufdruck (10) befindet und auf der sich innenseitig eine Aufdampfschicht (22) vorzugsweise aus Aluminium befindet.

II.
CCL Label GmbH Holzkirchen
Die CCL Label GmbH in Holzkirchen ist ein 100 %iges Tochterunternehmen der Syrinx Holding Germany GmbH in Holzkirchen und gehört damit zum Konzern der Kanadischen CCL Industries Inc. Geschäftsführer ist Wolfgang Zollner.
CCL Label Holzkirchen entwickelt, produziert und vermarktet Haftausstattungsetiketten. Schwerpunkte bilden Anwendungen in der Körperpflege- („Home & Personal Care“) und der Süßwaren-Industrie („Confectionary“). Ferner werden Haftetiketten für Verpackungsbehälter der Nahrungsmittel-Industrie („Food“) sowie für Getränkeflaschen („Beverage“) hergestellt. Nach den letzten veröffentlichten Bilanzen beträgt der Jahresumsatz etwa 40 Mio Euro.
III.
Blähgraphit
Blähgraphit (auch in Folienform) hat sich weite und aussichtsreiche Anwendungsgebiete erschlossen. Ein Schwerpunkt liegt im Flammschutz (https://de.wikipedia.org/wiki/BI%C3%A4hgraphit). Das ist im Wesentlichen auf zwei seiner vielfältigen Eigenschaften zurückzuführen:

a) Erstens dehnt er sich bei Hitzeeinwirkung bei bestimmten Sorten bis auf das 375-fache aus und bildet damit eine sehr große Oberfläche, die eine schnelle Oxidation des Kohlenstoffs ermöglicht. Dadurch wird der Umgebungsluft der Sauerstoff entzogen, und die Luft wird inertisiert (vgl. https://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Inertisierung&oldid=189126014). Die Luft wirkt dann als Löschmittel gegen den Brand und erstickt ihn.
b) Zweitens bildet der Graphit keine Flammen und erlischt, wenn keine Wärme mehr zugeführt wird. Es kann daher durch den Graphit kein Brandherd entstehen.

IV.
Brandgefahr Lithium Akkus
Die Verbreitung von Lithium Akkus hat in den letzten Jahren stark zugenommen. Auch die Zahl der Brände durch Akkus dieses Typs ist deutlich gestiegen, wie ein Blick in die Schadendatenbank (vgl. https://www.schadenprisma.de/wp-content/uploads/sp_2019_3_1.pdf) beispielsweise des Instituts für Schadenverhütung und Schadenforschung der öffentlichen Versicherer zeigt;

1. In nahezu allen Lebensbereichen haben Lithium-Akkus mittlerweile Einzug gehalten - und ihre Verbreitung nimmt weiter stark zu. Die modernen Energiespeicher sind aus unserem täglichen Leben kaum mehr wegzudenken: Ohne sie gäbe es keine Smartphones oder Tablets und schon gar keine Staubsaugroboter. Sie werden eingesetzt im Haushalt und im Garten, beim Hobby und in der Freizeit. Außerdem sind sie - vom E-Scooter bis hin zum Elektroauto - buchstäblich die treibende Kraft der Elektromobilität. Dabei nutzen wir gerne die bequeme Möglichkeit, gespeicherte elektrische Energie überall und jederzeit „kabellos“ abrufen zu können. Der derzeitige Siegeszug mobiler Geräte wird erst dank der auf der Lithium-Technologie basierenden Energiespeicher möglich. Bei wieder aufladbaren Zellen spricht man von Lithium-Akkumulatoren, kurz: Lithium-Akkus. Eine vergleichbare Technologie wird übrigens auch bei Lithium-Batterien eingesetzt. Diese sind allerdings zum einmaligen Gebrauch konzipiert, können also nicht wieder aufgeladen werden. Hin und wieder kommt es bei Verbrauchern diesbezüglich zu Irritationen, weil im Englischen sowohl Akkus als auch Batterien als „battery“ bezeichnet werden. Zum Beispiel in Bedienungsanleitungen.
2. Lithium-Akkus gibt es in unterschiedlichen Bauformen. Auch in Bezug auf die Zellchemie gibt es leicht variierende Umsetzungen. Hierauf soll in diesem Artikel aber nicht weiter eingegangen werden. Zu den besonders geschätzten Eigenschaften der Lithium-Akkus gehört, dass sie große Mengen elektrischer Energie auf kleinstem Raum zu speichern vermögen. Zudem haben sie eine lange Lebensdauer, das heißt, sie ermöglichen eine große Anzahl von Ladezyklen, und nicht zuletzt sind sie wartungsfrei. Allerdings birgt die Technologie auch eine negative Eigenschaft: Lithium-Akkus stellen eine Brandgefahr dar. Diese ist systemimmanent, sie ist durch die unerlässlichen Bestandteile quasi fest einprogrammiert. Für klassische Akkus, wie zum Beispiel Blei- oder Metall-Hydrid-Akkus, galt das nicht. Anwender wie Hersteller müssen sich darum mit dieser Brandgefahr von Lithium-Akkus auseinandersetzen und sie bei der Handhabung berücksichtigen. Die Akkus werden produziert, gelagert, transportiert, vom Endverbraucher täglich genutzt und letztendlich wieder entsorgt. In allen Bereichen muss deswegen ein bewusster und der Brandgefahr angemessener Umgang mit Lithium-Akkus erfolgen. Nach wie vor ist das Risiko aber in der Öffentlichkeit nicht umfänglich bekannt. Oft ist es den Nutzern kabelloser elektrischer Geräte nicht einmal bewusst, dass diese mit Lithium-Akkus ausgestattet sind.
3. Ein Restrisiko bleibt nach dem derzeitigen Stand der Technik immer. Zwar sind die zylindrischen Bauformen der Lithium-Akkus, z. B. Typ 18650, herstellerseitig bereits mit zahlreichen Sicherheitseinrichtungen ausgestattet. Das sogenannte Battery Management System (im Folgenden: BMS) steuert und überwacht zudem das Laden und Entladen des Akkus sowie weitere sicherheitsrelevante Parameter. So wird das Brandrisiko tendentiell zwar eingedämmt. Aber wie bei jedem technischen Produkt bleibt ein gewisses Restrisiko für das Auftreten eines technischen Fehlers. Im Falle von Produkten, die mit Lithium-Akkus ausgestattet sind, können technische Fehler im Bereich der Akkus oder des BMS im Extremfall sogar einen Brand auslösen. Dass diese Brandgefahr auch seitens der Hersteller nach wie vor nicht vollständig beherrscht wird, zeigt ein Blick auf die Produktrückrufe, die seit einigen Jahren von Geräten mit Lithium-Akkus dominiert werden. Etwa die Hälfte aller wegen Brandgefahr zurückgerufenen Produkte gehen zurück auf brennende Lithium-Akkus. Verschiedene Internetseiten informieren über aktuelle Rückrufe und Sicherheitsmaßnahmen (Lithium-Batterien - Gefahren und Schutzmaßnahmen, Dr. M. Buser, schadenprisma 2/2012. Lithium-Akkus und deren Brandgefahr, L. Menzemer, Dr. D. Leine, schadenprisma 1/2016. Lithium-Batterien - Effektive Schadenverhütung und wirksame Brandbekämpfung, Dr. M. Buser, schadenprisma 3/2016. Datenbank „Gefährliche Produkte in Deutschland“, Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (BAUA), www.rueckrufe.de; Rückrufportal für Deutschland, www.produktrueckrufe.de.

Über die vergangenen Jahre ist nach den Verlautbarungen des IFS Institutes ein deutlicher Anstieg entsprechender Schadenfälle zu erkennen (Quelle: IFS-Schadendatenbank). Hier finden alle vom IFS untersuchten Brandschäden Eingang. Gegenübergestellt sind die Anteile unterschiedlicher Elektrogeräte. Im Gegensatz zu den relativ konstanten oder sogar rückläufigen Anteilen klassischer Elektrogeräte nimmt der Anteil der Brände durch Lithium-Akkus über die letzten Jahre sehr stark zu. Ausweislich der Schadens-Datenbank des IFS Institutes werden 32 % aller Brände durch Elektrizität verursacht.

4. Das IFS Institut erfasst seit 2002 die Ergebnisse der Brandschadenuntersuchungen in einer Schadendatenbank. Sie enthält aktuell Informationen zu mehr als 16.000 detailliert untersuchten Gebäudebränden. Auswertungen dieser Daten zeigen Schadenschwerpunkte und Schadentrends. Analysiert man die Entwicklung der durch Lithium-Akkus verursachten Brände, so ist ein Trend der letzten Jahre offensichtlich: Brände durch Lithium-Akkus nehmen stark zu! Das IFS Institut rechnet damit, dass sich dieser Trend in den kommenden Jahren fortsetzen wird. Dazu könnte insbesondere der wachsende Bereich der Elektromobilität beitragen, in dem sehr leistungsstarke Akkupacks und starke Beanspruchung aufeinandertreffen. Hier sind Hersteller gefragt, alltagstaugliche und technisch sichere Lösungen zu finden. Dieses Bestreben sollte durch die Anpassung des technischen Regelwerks unterstützt und eingefordert werden.
5. Allerdings muss das potenzielle Schadenausmaß bei jedem Brandereignis als sehr groß bewertet werden (vgl. RN 7). Neue Chancen bergen immer auch neue Risiken.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 4190168 [0002]
DE 3211331 A1 [0002]

Claims

Etikett nach Ansprüchen 1 bis 3 des deutschen Patentes DE3348088 der damaligen Zweckform Etikettiertechnik GmbH, heute CCL Label GmbH Holzkirchen (Domestic Patent References: DE3211331A1 vom 14.10.1982 und DE7822389U1 Foreign References 4190168 vom 26.02.1980) dadurch gekennzeichnet, dass die innere Folie anders als a.a.O. ganz oder teilweise aus Blähgraphit besteht, der (1) selbst nicht entflammbar ist und sich (2) bei Hitzeentwicklung stark ausdehnt und der über die dann stark erweiterte Folienoberfläche eine schnelle Oxidation des Kohlenstoffes bewirkt und dadurch inertisierend dem Innenraum der Batterie ebenso wie den der Batterie nahen Räumen - etwaigen Flammen entgegenwirkend - Sauerstoff entzieht.
Anspruch nach Ziffer 1 dadurch gekennzeichnet, dass die innere Folie nicht aus Blähgraphit besteht, sondern einem beliebigen anderen, nicht entflammbaren Material, dessen Inertisierungswirkung derjenigen von Blähgraphite gleichwertig oder überlegen ist.