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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Transportkiste für defekte Batterien und ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Transportkiste.
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Der Begriff „Batterie“ wird nachfolgend vereinfachend verwendet, wobei alle Arten von galvanischen Zellen umfasst sind. Galvanische Zellen sind Vorrichtungen zur Umwandlung von chemischer Energie in elektrischer Energie. Galvanische Zellen können in drei Gruppen unterteilt werden, nämlich in Primärzellen (einmalig aufladbare Batterien), Sekundärzellen (wiederaufladbare Akkumulatoren) und Tertiärzellen (Brennstoffzellen).
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Lithium-Ionen-basierte Zellen werden - als Sekundärzellen - heutzutage in vielen Bereichen eingesetzt, insbesondere im Bereich der Elektromobilität. Allgemein, und speziell im Fall von Lithium-Ionen-Batterien, können aus einem Batterieinneren chemische Stoffe (Elektrolyt) und Partikel austreten. Das ausgetretene Material kann in fester, flüssiger und/oder gasförmiger Form vorliegen, z.B. als Partikel, Staub, Aerosol und/oder Flüssigkeit. Außerdem kann es aufgrund von chemischen und elektrischen Reaktionen zu einer starken Hitzeentwicklung kommen. Dieses Material ist teilweise sehr gesundheitsschädlich und insbesondere toxisch. Ferner ist es möglich, dass sich das Material entzündet, so dass es zu Bränden und Explosionen kommen kann. Dies stellt einen sicherheitskritischen Zustand dar.
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Sicherheitskritische Zustände umfassen: ein Austreten des Elektrolyts unter Bildung von giftigen Verbindungen (z.B. Flusssäure); eine Batterieerwärmung über den Siedepunkt des Elektrolyts hinaus; eine (Rauch-) Gasbildung; ein Zerbersten des Batteriegehäuses; ein Austreten von Gasen; eine Bildung von zündfähigen Gasgemischen; eine Explosion eines Gasgemisches; ein Verbrennen von Batteriebestandsteilen unter Bildung von Rauchgasen; ein Übergreifen des Brands auf die Umgebung; und Ähnliches. Es versteht sich, dass die hier genannten Zustände nicht abschließend sind.
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Diese sicherheitskritischen Zustände sind zu verhindern und soweit wie möglich unterbinden.
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Aus der
DE 10 2014 110 654 A1 ist eine Batterietransportkiste mit einem Außenbehälter und einem Innenbehälter bekannt, wobei der Innenbehälter Abstandshalter aufweist, um einen Abstand zum Boden und zu Innenseiten des Außenbehälters einzuhalten. Zwischenräume werden mit einem Brandschutzmittel aus einem inerten, nicht leitfähigen und nicht brennbaren sowie saugfähigen Hohlglasgranulat befüllt.
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Auch die
DE 10 2010 035 959 A1 offenbart eine Batterietransportkiste, die einfach aufgebaut und kompakt ist.
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Dort und im vorliegenden Fall gilt, dass bei der Lagerung und beim Transport von Batterien, insbesondere von defekten Batterien, Sicherheitsvorkehrungen zu treffen sind. Der Transport von (defekten) Batterien unterliegt strengen Vorschriften, die z.B. in den folgenden Richtlinien dokumentiert sind: ADR (EU-Übereinkommen über die internationale Beförderung gefährlicher Güter auf der Straße), RID (EU-Übereinkommen über den internationalen Schienenverkehr), IMDG-Code (Gefahrgutkennzeichnung für gefährliche Güter im Seeschiffsverkehr), ADN (EU-Übereinkommen über die Beförderung gefährlicher Güter auf Binnenwasserstraßen) sowie ICAO-TI und IATA-DGR (Regelwerk für den Gefahrguttransport im Luftverkehr).
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Diese Vorschriften sind auch im vorliegenden Fall zu beachten und zu erfüllen.
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Die
WO 2002/21614 A1 offenbart einen Transportbehälter für kleine Batterien, wobei der Behälter eine vorbestimmte Bruchfestigkeit aufweist.
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Die
DE 10 2011 009 696 A1 offenbart eine Transportvorrichtung für elektrochemische E nerg iespeichervorrichtu ngen.
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Die
DE 10 2017 202 106 A1 offenbart einen Lastkraftwagen, einen Anhänger für einen Lastkraftwagen und einen Aufleger für einen Lastkraftwagen.
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Es ist eine Aufgabe, eine verbesserte Transportkiste und ein einfaches Verfahren zu deren Herstellung vorzusehen. Insbesondere soll die Kiste kostengünstig und einfach herstellbar sein. Eine modulare Bauweise wird angestrebt, die ein Zusammenbauen der Kiste vereinfachen soll. Die Kiste soll kompakt sein. Die gesetzlichen Sicherheitsvorschriften müssen beachtet und erfüllt werden.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Transportkiste für defekte Lithium-Ionen-Batterien, die aufweist: einen Außenbehälter mit einer wiederverschließbaren Zugriffsöffnung zum Beladen und Entladen der Transportkiste mit zumindest einer Batterie, wobei der Außenbehälter aus einer Vielzahl von Wandelementen gebildet ist, die in einem verschlossenen Zustand der Transportkiste einen dichten Innenraum definieren und umgeben, wobei die Vielzahl der Wandelemente zumindest einen Boden und umfänglich angeordnete Seitenwände umfasst; eine Rauchgasfiltereinrichtung, die in dem Innenraum angeordnet ist und die ein Rauchgasfiltermittel und vorzugsweise ein Gehäuse mit einer Rauchgaseintrittsöffnung umfasst, wobei das Rauchgasfiltermittel innerhalb des Gehäuses angeordnet wird, wobei die Rauchgasfiltereinrichtung einen Kanal zum geführten Ausleiten von Rauchgas aus dem Innenraum in eine äußere Umgebung der Transportkiste definiert; eine Wärmeisolierung, die im Innenraum entlang der Wandelemente angeordnet ist; und vorzugsweise zumindest ein Kissen zur Positionssicherung, wobei das mindestens eine Kissen zur Positionssicherung eingerichtet ist, einen Hohlraum, der verbleibt, wenn im Innenraum mindestens eine Batterie zu Transportzwecken gelagert ist, im Wesentlichen so auszufüllen, dass die mindestens eine Batterie in Bezug auf eine Lagerungsposition während eines Transports der Transportkiste gesichert ist. Der Außenbehälter ist im Wesentlichen aus Kunststoff hergestellt und zumindest eines der Wandelemente weist mindestens eine Aussparung für eine Rauchgasaustrittsöffnung auf, die über den Kanal zum geführten Ausleiten von Rauchgas mit der Rauchgaseintrittsöffnung in Verbindung steht.
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Da der Außenbehälter aus Kunststoff hergestellt ist, aber dennoch den gesetzlichen Sicherheitsregelungen entspricht, können die Produktionskosten drastisch gesenkt werden. Der Außenbehälter kann durch einen kommerziell erhältlichen Kunststoffbehälter implementiert werden. Derartige Kunststoffbehälter sind genormt und preisgünstig erhältlich.
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Die Erfinder haben erkannt, dass trotz der strengen Sicherheitsvorschriften, die bisher den Einsatz von Außenbehältern aus Metall erfordern, auch durch einen Kunststoffbehälter erfüllt werden können. Transportkisten aus Kunststoff, die die Sicherheitsvorschriften erfüllen, sind bisher nicht erhältlich.
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Die Umwandlung des kommerziell erhältlichen genormten Kunststoffbehälters in den Außenbehälter der Transportkiste, die die Sicherheitsvorschriften erfüllt, ist einfach, z.B. indem man ein Loch in eine der Wände des Kunststoffbehälters schneidet und die Rauchgasfiltereinrichtung mit ihrer Rauchgasaustrittsöffnung so im Außenbehälter positioniert, dass die Rauchgasaustrittsöffnung der Aussparung direkt gegenüberliegt. Die Positionierung ist derart, dass sich die Rauchgasfiltereinrichtung während eines Transports der Kiste nicht relativ zum Außenbehälter ändert. Ferner kann entstehendes Rauchgas den Innenraum der Kiste nur verlassen, indem es die Filtereinrichtung durchströmt.
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Zur Herstellung des Außenbehälters ist es ferner nicht zwingend erforderlich, ein individuelles Spritzgusswerkzeug anzufertigen. Es kann auf die StandardKunststoffbehälter zurückgegriffen werden.
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Vorzugsweise sind die Rauchgaseintrittsöffnung durch ein oder mehrere Löcher in einer Seite des Gehäuses der Rauchgasfiltereinrichtung und die Rauchgasaustrittsöffnung durch ein oder mehrere Löcher in einer, vorzugsweise anderen, Seite des Gehäuses implementiert.
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Insbesondere liegen sich das Gehäuse und der Außenbehälter im Bereich der Rauchgasaustrittsöffnung direkt gegenüber, wobei die Rauchgasaustrittsöffnung vorzugsweise bodennah angeordnet ist.
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Im Bereich der Rauchgasaustrittsöffnung ist keine Wärmeisolierung erforderlich. Die Rauchgasfiltereinrichtung schließt direkt an den Außenbehälter an. Entstehendes Rauchgas wird gezielt und geführt durch die Rauchgasfiltereinrichtung in die Außenwelt geleitet, wobei eine Filterung des Gases während der Passage durch die Rauchgasfiltereinrichtung stattfindet. Das Rauchgas oder andere Gase können nicht ungewollten an anderen Stellen (z.B. zwischen dem Deckel und den Seitenwänden) aus dem Innenraum austreten.
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Die Wandelemente können als Einfachwandlung, vorzugsweise mit einer Wandstärke von 2-5 mm, ausgebildet sein.
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Die Einfachwand ist wiederum Ausdruck des einfachen Aufbaus der Transportkiste. Die Transportkiste muss nicht doppelwandig ausgebildet sein. Dies verringert wiederum die Produktionskosten. Dennoch werden die Sicherheitsvorschriften erfüllt.
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Bei einer weiteren Ausgestaltung ist die Wärmeisolierung eingerichtet, eine Außentemperatur des Außenbehälters im Falle eines sicherheitskritischen Ereignisses, das durch die zumindest eine Batterie verursacht wird, auf maximal 100 °C zu begrenzen, um ein Schmelzen des Außenbehälters zu verhindern.
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Im Falle eines Batteriebrands kann im Innenraum der Transportkiste eine Temperatur von bis zu 800 °C entstehen. Indem eine Dicke (Wandstärke) und ein Material der Wärmeisolierung - in Abhängigkeit von den Dimensionen der Transportkiste und des Innenraums - entsprechend wählt, ist es möglich, dass die Außentemperatur der Transportkiste, obwohl die Transportkiste aus Kunststoff hergestellt ist, die gesetzlichen Vorschriften erfüllt, d.h. eine Temperatur des Außenbehälters überschreitet 100 °C nicht.
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Ferner ist es von Vorteil, wenn die Wärmeisolierung eine Innenverkleidung ist, die fest an den Wandelementen angebracht ist, oder die durch eine Vielzahl von (lose) im Innenraum gegenüberliegend zu den Wandelementen positionierten Isolierkissen, die die Wandelemente überdecken, ausgebildet ist.
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Insbesondere die Implementierung als Isolierkissen unterstreicht den modularen Charakter des Aufbaus der Transportkiste.
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Vorzugsweise wird die Wärmeisolierung aus, insbesondere druckfester, Steinwolle gebildet, die von einem Glasfasergewebe ummantelt ist.
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Das Rauchgasfiltermittel kann ein Schaumglasgranulat sein.
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Die Rauchgaseintrittsöffnung und/oder die Rauchgasaustrittsöffnung können jeweils mit einer Glasfasernadelmatte verdeckt sein, um den Austritt von Flammen aus der Kiste in die Außenwelt der Kiste zu verhindern.
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Das oder die Kissen zur Positionssicherung können durch ein Glasfasergewebe gebildet sein, das vorzugsweise mit Vermiculite gefüllt ist.
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Insbesondere umfassen die Wandelemente auch einen Deckel.
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In diesem Fall wird der Außenbehälter also nicht nur aus einem trogähnlichen Behälter, sondern durch einen allseitig umschlossenen Behälter gebildet.
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Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen einer Transportkiste für defekte Lithium-Ionen-Batterien, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Bereitstellen eines Außenbehälters aus Kunststoff, wobei der Außenbehälter eine wiederverschließbare Zugriffsöffnung zum Beladen und Entladen der Transportkiste mit zumindest einer Batterie aufweist, wobei der Außenbehälter aus einer Vielzahl von Wandelementen gebildet ist, die in einem verschlossenen Zustand der Transportkiste einen Innenraum definieren und umgeben und wobei die Vielzahl der Wandelemente zumindest einen Boden und umfänglich angeordnete Seitenwände umfasst; Erzeugen, vorzugsweise durch Schneiden, einer Aussparung für eine Rauchgasaustrittsöffnung in einem der Wandelemente, vorzugsweise in zumindest einer der Seitenwände; Verkleiden des Innenraums mit einer Wärmeisolierung unter Aussparung der Rauchgasaustrittsöffnung; Positionieren einer Rauchgasfiltereinrichtung in dem Innenraum derart, dass ein Kanal zum geführten Ausleiten von Rauchgas, der durch die Rauchgasfiltereinrichtung definiert ist, eine Rauchgaseintrittsöffnung der Rauchgasfiltereinrichtung mit der Rauchgasaustrittsöffnung verbindet; und vorzugsweise Bereitstellen von zumindest einem Kissen zur Positionssicherung, wobei das mindestens eine Kissen zur Positionssicherung eingerichtet ist, einen Hohlraum, der verbleibt, wenn in der Transportkiste mindestens eine Batterie zu Transportzwecken gelagert ist, im Wesentlichen so auszufüllen, dass die mindestens eine Batterie in Bezug auf eine Lagerungsposition während eines Transports der Transportkiste gesichert ist.
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Vorzugsweise wird die Rauchgasfiltereinrichtung auf der Wärmeisolierung, insbesondere bodennah, positioniert.
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Die Positionierung der Rauchgasfiltereinrichtung auf der Wärmeisolierung hat den Vorteil, dass der Außenbehälter auch in solchen Bereichen, wo die Rauchgasfiltereinrichtung positioniert ist, die gesetzlich zulässige Höchsttemperatur im Falle eines Batteriebrands im Inneren der Kiste nicht überschreitet.
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Die bodennahe Anordnung der Rauchgasfiltereinrichtung gewährleistet, dass ein für den Transport der Batterie zur Verfügung stehender Anteil des Innenraums maximal ist, insbesondere, wenn die Zugriffsöffnung durch den Deckel des Außenbehälters definiert wird. Die defekte Batterie kann in diesem Fall von oben in die Kiste geladen werden und direkt auf der Rauchgasfiltereinrichtung abgelegt werden. Entstehendes Rauchgas wird also auf kürzestem Weg direkt durch die Rauchgasfiltereinrichtung geleitet, wo die Filterung des Rauchgases stattfindet.
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Die Rauchgasfiltereinrichtung muss in diesem Fall zum Beladen und Entladen der Batterie nicht aus der Kiste entfernt werden.
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Ferner ist es von Vorteil, wenn die Rauchgasaustrittsöffnung mit einem Flammenaustrittsschutz, insbesondere einer Glasfasernadelmatte, verdeckt ist.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht einer verschlossenen Transportkiste;
- 2 einen geöffneten Zustand der Transportkiste der 2;
- 3 eine Schnittansicht einer Transportkiste;
- 4 eine perspektivische Ansicht eines isoliert dargestellten Gehäuses einer Rauchfiltereinrichtung;
- 5 eine perspektivische Ansicht eines ersten Beladungszustands einer Transportkiste;
- 6 einen weiteren Beladungszustands der Transportkiste der 5 zu einem späteren Zeitpunkt;
- 7 eine Explosionsansicht einer Transportkiste; und
- 8 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer Transportkiste.
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Transport- und Lagerkiste (nachfolgend auch kurz bezeichnet als „Kiste“) 10 gemäß der vorliegenden Offenbarung. Die Transportkiste 10 ist zum Transportieren von Batterien, insbesondere defekten Lithium-Ionen-Batterien 12 (hier nicht dargestellt) unter Beachtung der einschlägigen Sicherheitsvorschriften eingerichtet, wie es nachfolgend noch näher erläutert werden wird. Selbstverständlich kann die Kiste 10 auch zur (ausschließlichen) Lagerung von Batterien 12 verwendet werden.
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Die Transportkiste 10 der 1 ist in einem geschlossenen Zustand veranschaulicht. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht der Transportkiste 10 der 1 in einem geöffneten Zustand. Ein allgemein gültiger Aufbau der Transportkiste 10 wird nachfolgend unter gemeinsamer Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben.
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Die Transportkiste 10 weist einen Außenbehälter 14, eine Rauchgasfiltereinrichtung 28, eine Wärmeisolierung 40 (2) und (optional) mindestens ein Kissen 46 (vgl. 3) zur Positionssicherung auf.
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Der Außenbehälter 14 hat eine wiederverschließbare Zugriffsöffnung 16 (z.B. einen Deckel 26), wie in der 2 teilweise und in 5 vollständig durch eine Strichlinie verdeutlicht. Die Zugriffsöffnung 16 ist z.B. in einem oberen Bereich der Kiste 10 vorgesehen, um die Transportkiste 10 mit einer oder mehreren Batterien 12 (vgl. 3) beladen zu können. Die Zugriffsöffnung 16 kann auch durch eine der Seitenwände 24 definiert sein, die in diesem Fall vorzugsweise als Tür ausgebildet ist.
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Der Außenbehälter 14 der 1 wird aus einer Vielzahl von Wandelementen 18 gebildet, die größtenteils miteinander verbunden sind und die im verschlossenen Zustand der Transportkiste 10 (1) einen (gas- und flüssigkeits-)dichten Innenraum 20 (2) definieren und umgeben. Die Vielzahl der Wandelemente 18 umfassen einen Boden 22, umfänglich angeordnete Seitenwände 24 und (optional) einen Deckel 26. Der Deckel 26 kann klappbar angelenkt oder als separates Wandelement 18 (auch aus einem anderen Material als die anderen Elemente) vorgesehen sein.
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Der Außenbehälter 14 - und somit auch die Transportkiste 10 - sind vorzugsweise quader- bzw. kastenförmig ausgebildet. Anderen Formen sind möglich.
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In einem normalen Verwendungszustand ist der Boden 22 horizontal orientiert. Die Quaderform des Außenbehälters 14 ist durch vier Seitenwände 24-1 bis 24-4 definiert, die sich entlang einer Umfangsrichtung der Kiste 10 erstrecken. Die oberen (hier nicht näher bezeichneten) Ränder der Seitenwände 24-1 bis 24-4 definieren die Zugriffsöffnung 16. Die Zugriffsöffnung 16 wird durch den (separat vorgesehenen) Deckel 26 verschlossen. Der Deckel 26 kann lose vorgesehen sein oder über (nicht gezeigte) Scharniere an einer der Seitenwände 24 befestigt sein.
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Die Rauchgasfiltereinrichtung 28 ist insbesondere in 2 gezeigt. Die Rauchgasfiltereinrichtung 28 wird in dem Innenraum 20 angeordnet und umfasst vorzugsweise ein Gehäuse 30 und ein (hier nicht näher gezeigtes) Rauchgasfiltermittel 32. Das Rauchgasfiltermittel 32 wird im Innenraum 20 und insbesondere innerhalb des Gehäuses 30 angeordnet.
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Das Gehäuse 30 definiert eine Rauchgaseintrittsöffnung 34, die in 2 exemplarisch durch eine Vielzahl von Löchern 36 ausgebildet ist, die in einer nicht näher bezeichneten Oberseite 52 des Gehäuses 30, vorzugsweise mittig entlang einer Längsrichtung X der Kiste 10, angeordnet sind. Die Rauchgaseintrittsöffnung 34 ist vorzugsweise entlang einer Breitenrichtung Y der Transportkiste 10 orientiert. Es versteht sich, dass eine Größe und Ausrichtung der Rauchgaseintrittsöffnung 34 in Bezug auf die Kiste 10 beliebig geändert werden kann, insbesondere über die Anordnung und Anzahl der Löcher 36. Ferner versteht es sich, dass ein oder mehrere Rauchgaseintrittsöffnungen 34 im Gehäuse 30 vorgesehen werden können. Schließlich versteht es sich, dass die Rauchgasöffnungen 34 auch in einer anderen Seite des Gehäuses 30 vorgesehen werden kann, was insbesondere von der Relativposition der Rauchgasfiltereinrichtung innerhalb der Kiste 10 abhängt.
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Die Rauchgasfiltereinrichtung 28 definiert ferner einen hier nicht näher bezeichneten Kanal 64 (vgl. 4) zum geführten Ausleiten von Rauchgas aus dem Innenraum 20 in eine äußere Umgebung der Transportkiste 10. Im Falle eines Batteriebrands resultiert das entstehende Rauchgas in einer Druckerhöhung im Innenraum 20 der (dicht) verschlossenen Kiste 10. Diese Druckerhöhung zwingt das Rauchgas, über die Rauchgaseintrittsöffnung 34 in ein Inneres der Rauchgasfiltereinrichtung 28 einzutreten. Das innerhalb des Gehäuses 30 vorgesehene Rauchgasfiltermittel 32 filtert das Rauchgas, bevor das Rauchgas durch eine oder mehrere Rauchgasaustrittsöffnungen 38 aus dem Innenraum 20 in eine äußere Umgebung der Transportkiste 10 austreten kann. Die Form des Gehäuses 30 definiert im Wesentlichen den Verlauf des Kanals 64 und damit die geführte Ableitung des Rauchgases und anderer Gase aus dem Inneren der Kiste 10.
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Obwohl in den 1 und 2 nur eine (einzige) Rauchgasaustrittsöffnung 38 veranschaulicht ist, versteht es sich, dass auch mehrere Aussparungen 62 für Rauchgasaustrittsöffnungen 38 in den Seitenwänden 24, dem Boden 22 und/oder dem Deckel 26 vorgesehen sein können. Jedes Wandelement 18 kann mehrere Rauchgasöffnungen 38 definieren. Die Transportkiste 10 gemäß den 1 und 2 weist exemplarisch zwei Rauchgasaustrittsöffnungen 38 auf, die einander gegenüberliegend in den kurzen Seitenwänden 24-2 und 24-4 vorgesehen sind.
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Es versteht sich, dass jede der Rauchgasaustrittsöffnungen 38 in Bezug auf eine Position relativ zu den Wandelementen 18 (d.h. oben, unten, links und rechts) und eine Größe (Fläche) variiert werden kann.
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Es sei jedoch hier bereits angemerkt, dass die Positionierung sowohl der Rauchgasfiltereinrichtung 28 als auch der Rauchgasaustrittsöffnung(en) 38 in einem unteren, bodennahen Bereich der Transportkiste 10 bevorzugt ist.
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Unter den Begriff „bodennah“ ist zu verstehen, dass die Rauchgasfiltereinrichtung 28 näher zum Boden 22 als zum Deckel 26 des Außenbehälters 14 angeordnet ist.
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Die Wärmeisolierung 40 ist im Innenraum 20 entlang der Wandelemente 18 angeordnet. Die Wärmeisolierung 40 kann in Form einer hier nicht näher bezeichneten Innenverkleidung vorgesehen sein, die an den Wandelementen 18 fest angebracht sein kann. Alternativ kann die Wärmeisolierung 40 in Form einer Vielzahl von lose im Innenraum 20 positionierbaren Kissen 42 (vgl. 3) implementiert sein. Diese Kissen 42 werden gegenüberliegend zu den Wandelementen 18 positioniert und decken die Wandelemente 18 flächig ab.
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Die Wärmeisolierung 40 ist eingerichtet, eine Außentemperatur des Außenbehälters 14 im Falle eines sicherheitskritischen Ereignisses (z.B. Batteriebrand), das durch die zu transportierende Batterie 12 verursacht wird, auf eine maximal zulässige Temperatur zu begrenzen. Die maximal zulässige Temperatur 100 °C.
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Die Wärmeisolierung 40 wird bevorzugt aus (druckfester) Steinwolle gebildet, die von einem Glasfasergewebe ummantelt sein kann.
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Das Material und die Dicke d der Wärmeisolierung 40 haben Einfluss auf die Außentemperatur der Transportkiste 10 im Falle eines Batteriebrands. Das Material und die Dicke werden so gewählt, dass die Außentemperatur der Transportkiste im Falle eines Batteriebrands die gesetzlich zulässige Grenztemperatur nicht überschreitet.
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3 zeigt eine perspektivische Schnittansicht einer hinsichtlich eines Verschlusses des Deckels 26 leicht abgewandelten Transportkiste 10, wobei der Schnitt entlang der Linie III-III in der 1 verläuft und in der YZ-Ebene der 1 liegt.
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Die Transportkiste 10 der 3 ist gegenüber der Transportkiste 10 der 1 und 2 leicht abgewandelt, wobei insbesondere der Außenbehälter 14 gleich ausgebildet ist. Die Unterschiede betreffen im Wesentlichen die Ausgestaltung der Wärmeisolierung 40 und ein hier nicht näher betrachteten Verschluss der Transportkiste 10. In der 1 wird die Transportkiste 10 mit Schnappverschlüssen verschlossen, wobei die Transportkiste 10 der 3 mit Spanngurten verschlossen wird.
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Die Transportkiste 10 ist in der vertikalen Richtung Z stapelbar. Die Stapelbarkeit wird über die Ausgestaltung des Bodens 22 und des Deckels 26 erreicht, die zu diesem Zweck formschlüssig ineinandergreifen. Der Deckel 26 weist z.B. hier nicht näher bezeichnete Stege auf, die im Randbereich des Deckels 26 senkrecht aus seiner Oberseite vorstehen. Der Boden 22 weist in seinem Randbereich entsprechende, hier nicht näher bezeichnete Aufnahmen auf, in welche die Stege des Deckels 26 bei einer Stapelung in der horizontalen Richtung Z eingreifen.
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Die Wärmeisolierung 40 ist bei der Transportkiste 10 der 3 in Form von Isolierkissen 42 vorgesehen. Exemplarisch sind zwei Isolierkissen 42-1 und 42-2 vorgesehen. Es versteht sich, dass mehr oder weniger Isolierkissen 42 vorgesehen werden können.
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Die Isolierkissen 42 der 3 sind z.B. lose im Innenraum 20 positioniert, d.h. die Isolierkissen 42 sind nicht fest mit den Wandelementen 18 verbunden.
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Die Isolierkissen 42-1 und 42-2 der 3 sind exemplarisch U-förmig ausgebildet. Das Isolierkissen 42-1 erstreckt sich entlang dem Deckel 26, der (langen) Seitenwand 24-3 und dem Boden 22. Das Isolierkissen 42-2 erstreckt sich entlang der (kurzen) Seitenwand 24-2, der (langen) Seitenwand 24-1 und der (kurzen) Seitenwand 24-4 (vgl. 1). Die Isolierkissen 42-1 und 42-2 werden so ineinander verschachtelt, dass der Innenraum 20 - mit Ausnahme der Rauchaustrittsöffnung(en) 38 - vollständig umschlossen wird.
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Die Isolierkissen 42-1 und 42-2 können z.B. außerhalb des Transportbehälters 10 ineinandergeschoben werden, um später gemeinsam - als beladene Einheit - in die Transportkiste 10 eingesetzt zu werden.
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Wie oben erwähnt, können die Isolierkissen 42 aber auch andere Formen aufweisen und in einer anderen Anzahl vorgesehen werden. So kann z.B. das Isolierkissen 42-1 selbst mehrteilig aufgebaut sein, wie es in der 3 durch eine Hilfslinie 44 angedeutet ist. In diesem Fall besteht das Isolierkissen 42 aus einem L-förmigen Element und einem plattenförmigen Element, die zusammengesetzt werden können, um die U-Form zu bilden, so dass ein Beladen und Entladen der Batterie 12 auch erfolgen kann, indem nur das plattenförmige Element des Isolierkissens 42-1, das dem Deckel 26 zugewandt ist, im geöffneten Zustand der Kiste 10 entnommen und wieder eingesetzt werden muss.
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In einem durch die Wärmeisolierung 40 definierten (Transport-) Raum können die Rauchgasfiltereinrichtung 28 und ein oder mehrere Kissen 46 zur Positionssicherung angeordnet werden. Die Form des Gehäuses 30 der Rauchgasfiltereinrichtung 28 wird unter Bezugnahme auf 4 noch näher erläutert werden. Die Rauchgasfiltereinrichtung 28 sitzt z.B. auf dem bodennahen Schenkel des U-förmigen Isolierkissens 42-1.
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Die Batterie 12 wird zentral im Innenraum 20 positioniert, insbesondere direkt auf der Rauchgasfiltereinrichtung 28. Die Batterie 12 weist in einem gepackten Transportzustand, wie er in 3 gezeigt ist, vorzugsweise einen hier nicht näher bezeichneten, maximal möglichen Abstand zu allen Wandelementen 18 auf. Da die Batterie 12 hier exemplarisch eine längliche Form hat, wird die Batterie 12 vorzugsweise parallel zur Längsrichtung X der Kiste 10 positioniert. Dieser Zustand ist in der 5 veranschaulicht.
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Danach werden die Kissen 46 zur Positionssicherung der Batterie 12 während des Transports in der Kiste 10 positioniert.
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In der 3 werden exemplarisch drei Kissen 46-1 bis 46-3 zur Positionssicherung verwendet. Es versteht sich, dass mehr oder weniger Kissen 46 eingesetzt werden können.
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Die Kissen 46-1 und 46-2 werden seitlich zur Batterie 12 und auf der gleichen Höhe wie die Batterie 12 angeordnet. Die Kissen 46-1 und 46-2 umgeben vorzugsweise den vollen Umfang der Batterie 12. Es versteht sich, dass die beiden Kissen 46-1 und 46-2 auch einstückig als ein einzelnes Element ausgebildet sein können, das in diesem Fall ringförmig ausgebildet wird und in seinem Inneren eine Aussparung aufweist, die vorzugsweise an die Form der Batterie 12 angepasst ist.
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Die Kissen 46-1 und 46-2 können eine Höhe in der Richtung Z aufweisen, die identisch zur Höhe der Batterie 12 ist.
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Sobald die Kissen 46-1 und 46-2 zur seitlichen Positionssicherung angeordnet sind, kann das plattenförmige Kissen 46-3 oben auf den Kissen 46-1 und 46-2 platziert werden. Dieser Zustand ist in der 6 veranschaulicht.
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Die Dimensionen des dritten Kissens 46-3 der 3 sind so gewählt, dass ein Hohlraum, der verbleibt, wenn der Innenraum 20 bereits mit den Kissen 46-1 und 46-2 sowie der Batterie 12 bestückt ist, durch das dritte Kissen 46-3 eingenommen wird, wie es im Querschnitt der 3 gezeigt ist.
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Die Kissen 46 verhindern, dass die Batterie 12 während eines Transports innerhalb der Kiste 10 hin und her rutscht, um (weitere) Beschädigungen und sicherheitskritische Ereignisse zu vermeiden.
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Es versteht sich, dass auch unterhalb der Batterie 12 und den Kissen 46-1 und 46-2 ein weiteres Kissen 46 angeordnet werden könnte, was aber in der 3 nicht veranschaulicht ist. Ferner versteht es sich, dass mehr als eine Batterie 12 gleichzeitig transportiert werden kann. In diesem Fall wird die Anzahl und Form der Kissen 46 entsprechend angepasst. Schließlich versteht es sich, dass die Kissen 46 zur Positionssicherung auch Brandschutzeigenschaften aufweisen können, wie es bereits bekannt ist.
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Sobald die Kiste 10 geladen ist, kann der Deckel 26 geschlossen werden und fest und dicht mit den Seitenwänden 24 verbunden werden. In der 3 erfolgt dies über einen Spanngurt. In der 1 erfolgt dies über Schnappverschlüsse. Der Verschluss ist derart, dass Flüssigkeiten und Gase nicht austreten können. Die Kiste 10 ist also dicht. Die Dichtigkeit kann allein durch die Elemente, und insbesondere die Wärmeisolierung 40, erreicht werden, die im Innenraum 20 vorgesehen sind. Die Dichtigkeit ergibt sich z.B. durch ein Anpressen bzw. Verpressen der Kissen 46.
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Es versteht sich, dass der Deckel 26 zusätzlich mit (hier nicht dargestellten) optionalen Dichtungen versehen sein kann, die sich z.B. entlang dem Rand der Zugriffsöffnung 16 (vgl. 2) erstrecken.
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In der 4 ist das Gehäuse 30 der Rauchgasfiltereinrichtung 28 allein gezeigt. Das Gehäuse ist im vorliegenden Fall aus Metall gefertigt. Es versteht sich, dass das Gehäuse 30 bei ausreichender Formstabilität auch aus einem anderen Material gefertigt werden kann. Generell ist auch denkbar, dass das Gehäuse 30 durch ein formstabiles Gewebe (nicht gezeigt) implementiert ist und somit letztendlich ein Kissen darstellt, das über seine gesamte Oberfläche als Eintrittsöffnung 34 und Austrittsöffnung 38 benutzt werden kann.
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Das Gehäuse 30 der 4 ist an die Form der Kiste 10 angepasst und nimmt vorzugsweise nahezu die gesamte Grundfläche (Boden 22) der Kiste 10 ein. Hier ist das Gehäuse also kastenförmig und (unten) einseitig offen ausgebildet. Das Gehäuse 30 umfasst eine Oberseite 52, seitliche Seiten 54-1 bis 54-4 und einen Boden 56. Die offene Ausbildung des Bodens 56 resultiert in einer Gewichtseinsparung.
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Der Boden 56 ist exemplarisch im Wesentlichen offen ausgebildet. Der Boden 56 erstreckt sich in der 4 in der XY-Ebene und wird durch die Auflageabschnitte 58-1 und 58-2 definiert, die im eingebauten Zustand (3) den (kurzen) Seitenwänden 24-2 und 24-4 des Außenbehälters 14 gegenüberliegen. Der Auflageabschnitt 58-1 grenzt an die Seite 54-1 des Gehäuses. Der Auflageabschnitt 58-2 grenzt an die Seite 54-3 des Gehäuses. Die Auflageabschnitte 58-1 und 58-2 sind senkrecht zu den Seiten 54-1 und 54-3 orientiert.
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Die Auflageabschnitte 58 können alternativ oder ergänzend an den anderen Seiten 54-2 und 54-4 vorgesehen sein. Die Auflageabschnitte 58 können vollständig weggelassen werden. Der Boden des Gehäuses 30 kann alternativ vollständig geschlossen sein.
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Die Seiten 54-1 und 54-3 sind jeweils mit Löchern 60 versehen, die die Rauchgasaustrittsöffnung(en) 38 definieren. Die Seiten 54-2 und 54-4 des Gehäuses 30 sind optional, weil sie nicht zur Definition der Austrittsöffnungen 38 beitragen, d.h. sie könnten auch weggelassen werden.
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Eine Anzahl, Position und Dimensionierung der Löcher 60 ist so gewählt, dass sie, wenn die Rauchgasfiltereinrichtung 28 im Innenraum 20 positioniert ist, deckungsgleich zu Aussparungen 62 in den Wandelementen 18 des Außenbehälters 14 sind, um gemeinsam die Rauchgasaustrittsöffnung(en) 38 zu definieren.
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Die Geometrie und Abmessung des Gehäuses 30 sind so gewählt, dass das Gehäuse 30 vorzugsweise formschlüssig, und somit positionssicher, im Innenraum 20 der Kiste 10 positionierbar ist. In den veranschaulichten Ausführungsformen sitzt das Gehäuse 30 in der vertikalen Z-Richtung auf der Wärmeisolierung 40 auf. Es versteht sich, dass das Gehäuse 30 alternativ auch direkt, d.h. ohne Wärmeisolierung 40, auf dem Boden 22 des Außenbehälters 14 positioniert sein kann.
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Im Bereich der Rauchgasöffnung(en) 38 ist das Gehäuse direkt benachbart zum Außenbehälter angeordnet, d.h. die Wärmeisolierung ist dort nicht vorhanden, um eine Verbindung der Rauchgasfiltereinrichtung 28 mit der Außenwelt herzustellen.
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In der 4 sind ferner Pfeile 64 gezeigt, die sich von der Rauchgaseintrittsöffnung 34 zu den Rauchgasaustrittsöffnungen 38 erstrecken. Diese Pfeile 64 visualisieren den Kanal 64 zum geführten Ausleiten von Rauchgas aus dem Innenraum 20 in eine äußere Umgebung der Kiste 10.
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Da das Innere des Gehäuses 30 mit dem (hier nicht veranschaulichten) Rauchgasfiltermittel 32 ausgefüllt ist, wird das Rauchgas auf seinem Wege in die äußere Umgebung der Kiste 10 gefiltert. Das Rauchgasfiltermittel 32 ist so gewählt, dass Schadstoffe aus dem austretenden Gas so weit möglich entfernt sind, nachdem das Rauchgas den Kanal 64 zum geführten Ausleiten von Rauchgas durchlaufen hat. Das Rauchgas tritt also nicht unkontrolliert aus der Kiste aus, sondern nur an den Aussparungen 62 in den Wandelementen 18 des Außenbehälters (vgl. Explosionsdarstellung der 7), die für diesen Zweck als Rauchgasaustrittsöffnungen 38 vorgesehen sind.
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Die offene Ausbildung des Bodens 56 resultiert in einer Gewichtseinsparung.
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Wie oben bereits erläutert, kann die Relativposition der Rauchgasaustrittsöffnung(en) 38 frei gewählt werden.
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So ist es z.B. auch möglich, die Rauchgasaustrittsöffnung 38 im Boden 22 des Außenbehälters 14 anzuordnen, wobei in diesem Fall keine (zusätzlichen) Löcher 60 im Gehäuse der 4 benötigt werden, sofern das Gehäuse 30 der 4 direkt auf den Boden 22 des Außenbehälters 14 sitzt.
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Allgemein gilt, dass sich das Gehäuse 30 und die Wandelemente 18 des Außenbehälters 14 in solchen Bereichen direkt, d.h. ohne Wärmeisolierung 40, gegenüberliegen, wo die Rauchgasaustrittsöffnung(en) 38 positioniert sind.
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Die Aussparungen 62 in den Wandelementen 18 sind in den 1, 2, 5 und 6 jeweils als eine große Öffnung in der Kiste 10 implementiert. Es versteht sich, dass jede der Aussparungen 62 auch als eine Vielzahl von eng zueinander benachbarten Löchern (nicht veranschaulicht) in dem jeweiligen Wandelement 18 ausgebildet sein könnte, ähnlich einem Lochblech. In diesem Fall könnte das Gehäuse 30 der Rauchgasfiltereinrichtung 28 auch durch eine einzige Platte (inklusive der Eintrittsöffnungen 34) ausgeführt sind, die (von oben) auf ein lose in die Kiste 10 eingelegtes Rauchgasfiltermittel 32 gelegt wird.
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Auf diese Platte könnte auch vollständig verzichtet werden, wenn das Rauchgasfiltermittel 32 als Kissen vorgesehen wird, wie oben bereits erläutert.
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Selbst auf das Gehäuse 30 kann verzichtet werden, so dass das Rauchgasfiltermittel 32 (z.B. als Granulat) in den Innenraum 20 geschüttet wird und die Batterie 12 anschließend einfach oben auf dieses Granulat gelegt wird, bevor die Kissen 46 zur Lagesicherung in die Kiste 10 gelegt werden und die Kiste 10 anschließend dicht verschlossen wird. In diesem Fall der losen Schüttung ist jede Aussparung 62 entweder mit einer Matte abgeckt oder in Form von vielen kleinen Öffnungen in den Wandelementen 18 selbst ausgeführt, so dass eingefülltes Granulat nicht ungewollt aus der Kiste 10 austreten kann. Die Rauchgaseintrittsöffnung 34 wird in diesem Fall vom Granulat selbst gebildet.
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Aus der Explosionsdarstellung der 7 lässt sich leicht erkennen, dass die Kiste 10 äußerst kompakt und einfach aufgebaut ist. Die Kiste 10 ist modular aufgebaut und lässt sich leicht an unterschiedliche Batterietypen anpassen, die sich hinsichtlich einer Dimensionierung unterscheiden können. Auch ist es einfach möglich, sich an unterschiedliche Anzahlen von zu transportierenden Batterien 12 anzupassen.
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Ein ganz besonderer Vorteil ist darin zu sehen, dass der Außenbehälter 14 aus Kunststoff hergestellt ist. Dies ermöglicht es, Kunststoffbehälter für den Außenbehälter 14 einzusetzen, die z.B. genormt sind und kommerziell erhältlich sind. Derartige Kunststoffbehälter können einfach und kostengünstig modifiziert werden, indem ein oder mehrere Aussparungen 62 für die Rauchgasaustrittsöffnung(en) 38 in einem oder mehreren der Wandelemente 18 erzeugt werden. Die Aussparungen 62 können z.B. durch Schneiden oder Fräsen erzeugt werden.
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Natürlich ist es auch möglich, den Kunststoffbehälter durch eine entsprechende Ausgestaltung des Spritzgusswerkzeugs von Anfang an mit der gewünschten Aussparung 62 zu produzieren.
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Es versteht sich, dass vorzugsweise alle Wandelemente 18 aus Kunststoff hergestellt sind. Doch könnte der Deckel 26 auch aus einem anderen Material hergestellt sein. Wichtig ist, dass zumindest die Wandelemente 18 aus Kunststoff hergestellt sind, die die Aussparung(en) 62 aufweisen.
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Die 7 verdeutlicht ferner, wie einfach ein Standardkunststoffbehälter in die Transportkiste 10 umgewandelt werden kann.
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Die Wärmeisolierung 40 (z.B. in Form der Isolierkissen 42), die Rauchgasfiltereinrichtung 28 und die Kissen 46 zur Positionssicherung sind hinsichtlich ihrer Dimensionierung so aufeinander abgestimmt, dass sie einfach zusammengebaut werden können, um in einer extrem kompakten Gesamtanordnung in die Kiste 10 eingesetzt zu werden, die wiederum allen (gesetzlichen) Sicherheitsvorschriften gerecht wird.
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8 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 100 zur Herstellung einer Transportkiste 10 für defekte Lithium-Ionen-Batterien 12. Das Verfahren 100 weist mehrere Schritte auf.
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In einem ersten Schritt S10 wird der Außenbehälter 14 aus Kunststoff bereitgestellt, wobei der Außenbehälter 14 die wiederverschließbare Zugriffsöffnung 16 zum Beladen und Entladen der Transportkiste mit zumindest einer Batterie aufweist. Der Außenbehälter 14 ist aus der Vielzahl von Wandelementen 18 gebildet, die im verschlossenen Zustand der Transportkiste 10 den Innenraum 20 definieren und umgeben. Die Vielzahl der Wandelemente 18 weist zumindest den Boden 22 und die umfänglich angeordneten Seitenwände 24 auf.
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In einem Schritt S12 wird die Aussparung 62 für Rauchgasaustrittsöffnung 38 in einem der Wandelemente 18, vorzugsweise in zumindest einer der Seitenwände 24, erzeugt. Das Erzeugen der Aussparung 62 erfolgt vorzugsweise durch Schneiden eines Lochs in eine der Kunststoffwände.
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In einem Schritt S14 wird der Innenraum 20 mit der Wärmeisolierung 40 und der Aussparung des Bereichs verkleidet, wo die Rauchgasaustrittsöffnung 38 vorgesehen ist. Im Bereich der Rauchgasaustrittsöffnung 38 liegen sich die Rauchgasfiltereinrichtung 28 und der Außenbehälter 14 direkt gegenüber, weil dort keine Wärmeisolierung 40 vorgesehen ist.
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In einem Schritt S16 wird die Rauchgasfiltereinrichtung 28 im Innenraum 20 derart positioniert, dass der Kanal 64 zum geführten Ausleiten von Rauchgas, der durch die Rauchgasfiltereinrichtung 28 definiert ist, die Rauchgaseintrittsöffnung 34 der Rauchgasfiltereinrichtung 28 mit der Rauchgasaustrittsöffnung 38, die auch durch die Aussparung 62 im Außenbehälter 14 definiert ist, verbindet.
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Optional umfasst das Verfahren 100 auch einen Schritt S18, bei dem die Kissen 46 zur Positionssicherung bereitgestellt werden. Die Bereitstellung kann die Konfiguration der Kissen 46 umfassen, damit die Kissen 46 die zu transportierende Batterie 12 formschlüssig aufnehmen.
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Es versteht sich, dass die Rauchgaseintrittsöffnung 34, aber insbesondere die Rauchgasaustrittsöffnung(en) 38, zusätzlich mit Mitteln zum Verhindern eines Ein/Austretens von Flammen, d.h. mit einem Flammenaustrittsschutz, versehen sein können. Der Flammenaustrittsschutz kann z.B. durch eine Glasfasernadelmatte implementiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Transportkiste/Kiste
- 12
- Batterie
- 14
- Außenbehälter
- 16
- Zugriffsöffnung
- 18
- Wandelemente
- 20
- Innenraum
- 22
- Boden
- 24
- Seitenwand
- 26
- Deckel
- 28
- Rauchgasfiltereinrichtung
- 30
- Gehäuse von 28
- 32
- Rauchgasfiltermittel
- 34
- Rauchgaseintrittsöffnung
- 36
- Löcher von 34
- 38
- Rauchgasaustrittsöffnung
- 40
- Wärmeisolierung
- 42
- Isolierkissen
- 44
- Hilfslinie
- 46
- Kissen zur Positionssicherung
- 52
- Oberseite von 30
- 54
- seitliche Seiten von 30
- 56
- Boden 30
- 58
- Auflageabschnitt
- 60
- Loch von 38
- 62
- Aussparung
- 64
- Kanal
- 100
- Herstellungsverfahren
