DE102020112118A1 - Temperature detection device and electrochemical system - Google Patents
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Abstract
Um eine Temperaturdetektionsvorrichtung, insbesondere für ein elektrochemisches System, bereitzustellen, welche eine Detektion eines Erreichens oder eines Übersteigens einer kritischen Temperatur schnell und zuverlässig ermöglicht und welche sich möglichst einfach in bestehenden Systemen nutzen lässt, wird vorgeschlagen, dass die Temperaturdetektionsvorrichtung eine Auslösevorrichtung, welche ein intumeszentes Material umfasst oder daraus gebildet ist, umfasst, wobei die Auslösevorrichtung so ausgebildet ist, dass sie bei einem Erreichen oder einem Übersteigen einer Auslösetemperatur des intumeszenten Materials von einem Normalzustand in einen ausgelösten Zustand übergeht, wodurch die Temperaturdetektionsvorrichtung von einem Normalzustand in einen Detektionszustand gelangt.In order to provide a temperature detection device, in particular for an electrochemical system, which enables the detection of reaching or exceeding a critical temperature quickly and reliably and which can be used as easily as possible in existing systems, it is proposed that the temperature detection device be a triggering device which has an intumescent Material comprises or is formed therefrom, wherein the triggering device is designed such that it changes from a normal state to a triggered state when a trigger temperature of the intumescent material is reached or exceeded, whereby the temperature detection device moves from a normal state to a detection state.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Temperaturdetektionsvorrichtung zur Detektion einer kritischen Temperatur, insbesondere für ein elektrochemisches System.The present invention relates to a temperature detection device for detecting a critical temperature, in particular for an electrochemical system.
Temperaturdetektionsvorrichtungen können beispielsweise als Temperatursicherungen ausgebildet sein.Temperature detection devices can be designed as temperature fuses, for example.
In herkömmlichen Temperatursicherungen werden häufig niedrig-schmelzende Metalllegierungen, wie beispielsweise Roses Metall oder Woodsches Metall, verwendet. Derartige Legierungen basieren häufig auf den hoch-toxischen Elementen Cadmium oder Blei.In conventional thermal fuses, low-melting metal alloys, such as Rose's metal or Wood's metal, are often used. Such alloys are often based on the highly toxic elements cadmium or lead.
Ferner wird häufig Indium in aus dem Stand der Technik bekannten Temperatursicherungen eingesetzt, dessen natürliches Vorkommen sehr gering und das daher nur begrenzt verfügbar ist. Insbesondere aufgrund eines hohen Indiumbedarfs im Bereich Elektronik sind die Kosten für die Verwendung von Indium hoch.Furthermore, indium is often used in temperature fuses known from the prior art, the natural occurrence of which is very low and which is therefore only available to a limited extent. In particular because of the high demand for indium in the electronics sector, the costs for using indium are high.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein elektrochemisches System.The present invention also relates to an electrochemical system.
Das elektrochemische System kann insbesondere ein Modul sein, welches eine oder mehrere elektrochemische Zellen enthält.The electrochemical system can in particular be a module which contains one or more electrochemical cells.
Die eine oder die mehreren elektrochemischen Zellen können insbesondere eine oder mehrere Akkumulatorzellen oder eine oder mehrere Batteriezellen sein.The one or more electrochemical cells can in particular be one or more accumulator cells or one or more battery cells.
Lithium-Ionen-Batteriezellen stellen eine Schlüsseltechnologie für Antriebskonzepte in der Elektromobilität dar.Lithium-ion battery cells represent a key technology for drive concepts in electromobility.
Um das elektrochemische Element, welches die elektrochemisch aktive Einheit der Zelle, beispielsweise einer Lithium-Ionen-Batteriezelle, enthält, vor schädlichen Umwelteinflüssen zu schützen, wird das elektrochemische Element mit einem Gehäuse gasdicht umschlossen.In order to protect the electrochemical element, which contains the electrochemically active unit of the cell, for example a lithium-ion battery cell, from harmful environmental influences, the electrochemical element is enclosed in a gas-tight housing.
Bei einer Überladung der elektrochemischen Zelle können im Innenraum des Gehäuses große Mengen an Gasen freigesetzt werden. Diese können durch das geschlossene Gehäuse nicht entweichen, was zu einem drastischen Druckanstieg in dem Gehäuse der elektrochemischen Zelle führt.If the electrochemical cell is overcharged, large quantities of gases can be released in the interior of the housing. These cannot escape through the closed housing, which leads to a drastic increase in pressure in the housing of the electrochemical cell.
Ferner verursacht eine Überladung der elektrochemischen Zelle eine sich selbst verstärkende Erwärmung der elektrochemischen Zelle, die zu einer explosionsartigen Entzündung („thermal runaway“) führen kann.Furthermore, an overcharging of the electrochemical cell causes self-reinforcing heating of the electrochemical cell, which can lead to an explosive ignition (“thermal runaway”).
Zur Vermeidung eines „thermal runaway“ werden unter anderem intumeszente Materialien eingesetzt.To avoid a “thermal runaway”, intumescent materials are used, among other things.
Intumeszente Materialien, mittels welcher in einem ausgelösten Zustand eine Wärmeleitung zwischen mehreren Batteriezellen unterbrochen ist, sind aus der
Herkömmlicherweise werden intumeszente Materialien in Flammschutz-Zusammensetzungen zur Verwendung im Brandschutz von Gebäuden eingesetzt. Für einen verbesserten Brandschutz sollten die intumeszenten Materialien zumindest in ausgelöstem Zustand nicht elektrisch leitfähig sein. Derartige intumeszente Materialien sind in der
Aus der
Weitere intumeszente Materialien und Herstellungsverfahren derselben sind in der
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Temperaturdetektionsvorrichtung bereitzustellen, welche eine Detektion eines Erreichens oder eines Übersteigens einer kritischen Temperatur schnell und zuverlässig ermöglicht und welche sich möglichst einfach in bestehenden Systemen nutzen lässt.The present invention is based on the object of providing a temperature detection device which enables the detection of reaching or exceeding a critical temperature quickly and reliably and which can be used as simply as possible in existing systems.
Diese Aufgabe wird durch eine Temperaturdetektionsvorrichtung zur Detektion einer kritischen Temperatur gelöst, welche eine Auslösevorrichtung, die ein intumeszentes Material umfasst oder daraus gebildet ist, umfasst. Die Auslösevorrichtung ist so ausgebildet, dass sie bei einem Erreichen oder einem Übersteigen einer Auslösetemperatur des intumeszenten Materials von einem Normalzustand in einen ausgelösten Zustand übergeht, wodurch die Temperaturdetektionsvorrichtung von einem Normalzustand in einen Detektionszustand gelangt.This object is achieved by a temperature detection device for the detection of a critical temperature which comprises a triggering device which comprises an intumescent material or is formed therefrom. The triggering device is designed such that when the intumescent material reaches or exceeds a triggering temperature, it changes from a normal state to a triggered state, whereby the temperature detection device changes from a normal state to a detection state.
Durch die Verwendung eines intumeszenten Materials in der oder als Auslösevorrichtung sind hoch-toxische oder seltene Materialien, wie beispielsweise Cadmium, Blei und/oder Indium, entbehrlich.By using an intumescent material in or as a triggering device, highly toxic or rare materials such as cadmium, lead and / or indium can be dispensed with.
Die Auslösetemperatur des intumeszenten Materials liegt vorzugsweise bei mindestens ungefähr 60 °C. Vorzugsweise liegt die Auslösetemperatur des intumeszenten Materials bei höchstens ungefähr 120 °C.The trigger temperature of the intumescent material is preferably at least about 60 ° C. The trigger temperature of the intumescent material is preferably at most approximately 120 ° C.
Die Temperaturdetektionsvorrichtung eignet sich vorzugsweise für die Verwendung in einem elektrochemischen System, insbesondere zur Detektion einer Überhitzung einer oder mehrerer elektrochemischer Zellen.The temperature detection device is preferably suitable for use in an electrochemical system, in particular for detecting overheating of one or more electrochemical cells.
Ein intumeszentes Material nimmt bei Erwärmung auf eine Auslösetemperatur schlagartig an Volumen zu und an Dichte ab.An intumescent material suddenly increases in volume and decreases in density when heated to a trigger temperature.
Der ausgelöste Zustand der Auslösevorrichtung und/oder des intumeszenten Materials bezeichnet einen Zustand der Auslösevorrichtung und/oder des intumeszenten Materials, in welchem diese ausgelöst worden sind und in welchem eine Volumenzunahme des intumeszenten Materials erfolgt ist.The triggered state of the triggering device and / or the intumescent material denotes a state of the triggering device and / or the intumescent material in which they have been triggered and in which there has been an increase in volume of the intumescent material.
Durch die Volumenzunahme des intumeszenten Materials bei der Auslösetemperatur wird die Temperaturdetektionsvorrichtung von dem Normalzustand in den Detektionszustand gebracht.Due to the increase in volume of the intumescent material at the trigger temperature, the temperature detection device is brought from the normal state into the detection state.
Die kritische Temperatur, welche von der Temperaturdetektionsvorrichtung detektiert wird, entspricht vorzugsweise der Auslösetemperatur des intumeszenten Materials. Durch die Verwendung des intumeszenten Materials in der oder als Auslösevorrichtung ist ein Erreichen oder Übersteigen der kritischen Temperatur schnell und zuverlässig detektierbar. Hierdurch lässt sich beispielsweise ein nicht ordnungsgemäßer Zustand einer oder mehrerer elektrochemischer Zellen identifizieren.The critical temperature which is detected by the temperature detection device preferably corresponds to the trigger temperature of the intumescent material. By using the intumescent material in or as a triggering device, reaching or exceeding the critical temperature can be detected quickly and reliably. In this way, for example, an improper state of one or more electrochemical cells can be identified.
Beispielsweise kann durch eine Auslösetemperatur des intumeszenten Materials von mindestens ungefähr 60 °C und/oder höchstens ungefähr 120 °C ein nicht ordnungsgemäßer Zustand einer oder mehrerer elektrochemischer Zellen identifiziert werden, bevor es zu einer explosionsartigen Entzündung kommt.For example, an improper state of one or more electrochemical cells can be identified by a triggering temperature of the intumescent material of at least approximately 60 ° C. and / or at most approximately 120 ° C. before an explosive ignition occurs.
So können irreversible Schäden in einem elektrochemischen System vermieden werden.In this way, irreversible damage to an electrochemical system can be avoided.
Vorzugsweise bildet die Temperaturdetektionsvorrichtung eine Temperatursicherungsvorrichtung, insbesondere eine direkte Temperatursicherungsvorrichtung.The temperature detection device preferably forms a temperature safety device, in particular a direct temperature safety device.
Insbesondere bildet die Temperaturdetektionsvorrichtung eine Sensorvorrichtung und/oder eine Schaltvorrichtung.In particular, the temperature detection device forms a sensor device and / or a switching device.
Beispielsweise wird ein elektrisches Signal, welches ein Sensorelement der Sensorvorrichtung in einem Normalzustand detektiert, durch den ausgelösten Zustand der Auslösevorrichtung verändert, wodurch das Sensorelement in einen Detektionszustand gelangt.For example, an electrical signal which a sensor element of the sensor device detects in a normal state is changed by the triggered state of the triggering device, as a result of which the sensor element enters a detection state.
Vorzugsweise wird durch das Auslösen des intumeszenten Materials ein Strompfad geschlossen oder unterbrochen. Hierzu kann es günstig sein, wenn die Temperaturdetektionsvorrichtung eine Spannungsquelle umfasst.A current path is preferably closed or interrupted by the release of the intumescent material. For this purpose, it can be favorable if the temperature detection device comprises a voltage source.
In Ausführungsformen, in welchen die Temperaturdetektionsvorrichtung eine Schaltvorrichtung ist, kann es vorteilhaft sein, wenn die Auslösevorrichtung im ausgelösten Zustand elektrisch isolierend ist und/oder wenn die Auslösevorrichtung im ausgelösten Zustand einen elektrischen Widerstand aufweist, welcher um einen Faktor zwei oder mehr, insbesondere um einen Faktor drei oder mehr, größer ist als der elektrische Widerstand der Auslösevorrichtung im Normalzustand.In embodiments in which the temperature detection device is a switching device, it can be advantageous if the triggering device in the triggered state is electrically insulating and / or if the triggering device in the triggered state has an electrical resistance which is by a factor of two or more, in particular by one A factor of three or more, is greater than the electrical resistance of the release device in the normal state.
Vorzugsweise beträgt der spezifische elektrische Widerstand der Auslösevorrichtung und/oder des intumeszenten Materials im ausgelösten Zustand ungefähr 106 Ω·m oder mehr.The specific electrical resistance of the triggering device and / or of the intumescent material in the triggered state is preferably approximately 10 6 Ω · m or more.
Ergänzend oder alternativ ist eine elektrische Leitfähigkeit der Auslösevorrichtung und/oder des intumeszenten Materials im ausgelösten Zustand um einen Faktor zwei oder mehr, insbesondere um einen Faktor drei oder mehr, kleiner als die elektrische Leitfähigkeit der Auslösevorrichtung und/oder des intumeszenten Materials im Normalzustand/im nicht ausgelösten Zustand.In addition or as an alternative, the electrical conductivity of the triggering device and / or the intumescent material in the triggered state is lower by a factor of two or more, in particular by a factor of three or more, than the electrical conductivity of the triggering device and / or the intumescent material in the normal state / in not triggered state.
„Elektrisch isolierend“ bedeutet vorzugsweise, dass hierdurch beschriebene Materialien oder Elemente bei 25 °C eine Leitfähigkeit von weniger als ungefähr 10-8 S/m aufweisen.“Electrically insulating” preferably means that materials or elements described here have a conductivity of less than approximately 10 -8 S / m at 25 ° C.
Vorzugsweise umfasst die eine Schaltvorrichtung bildende Temperaturdetektionsvorrichtung ein erstes elektrisch leitfähiges Element und/oder ein zweites elektrisch leitfähiges Element.The temperature detection device forming a switching device preferably comprises a first electrically conductive element and / or a second electrically conductive element.
Im ausgelösten Zustand der Auslösevorrichtung sind das erste elektrisch leitfähige Element und das zweite elektrisch leitfähige Element vorzugsweise elektrisch voneinander getrennt und/oder ein Stromfluss zwischen dem ersten elektrisch leitfähigen Element und dem zweiten elektrisch leitfähigen Element ist unterbrochen.In the triggered state of the triggering device, the first electrically conductive element and the second electrically conductive element are preferably electrically separated from one another and / or a current flow between the first electrically conductive element and the second electrically conductive element is interrupted.
Im Normalzustand der Auslösevorrichtung sind das erste elektrisch leitfähige Element und das zweite elektrisch leitfähige Element vorzugsweise elektrisch miteinander kontaktiert und/oder durch die Auslösevorrichtung elektrisch leitend miteinander verbindbar oder verbunden.In the normal state of the triggering device, the first electrically conductive element and the second electrically conductive element are preferably in electrical contact with one another and / or through the triggering device can be connected or connected to one another in an electrically conductive manner.
Vorteilhaft kann es sein, wenn aufgrund einer Volumenzunahme des intumeszenten Materials im ausgelösten Zustand ein minimaler Abstand zwischen dem ersten elektrisch leitfähigen Element und dem zweiten elektrisch leitfähigen Element vergrößert ist und/oder wird.It can be advantageous if, due to an increase in volume of the intumescent material in the triggered state, a minimal distance between the first electrically conductive element and the second electrically conductive element is and / or is increased.
Beispielsweise ist der minimale Abstand zwischen dem ersten elektrisch leitfähigen Element und dem zweiten elektrisch leitfähigen Element im Detektionszustand der Temperaturdetektionsvorrichtung um mindestens ungefähr 10 % größer als der minimale Abstand zwischen dem ersten elektrisch leitfähigen Element und dem zweiten elektrisch leitfähigen Element im Normalzustand der Temperaturdetektionsvorrichtung.For example, the minimum distance between the first electrically conductive element and the second electrically conductive element in the detection state of the temperature detection device is at least approximately 10% greater than the minimum distance between the first electrically conductive element and the second electrically conductive element in the normal state of the temperature detection device.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das intumeszente Material im nicht ausgelösten Zustand elektrisch leitfähig und das erste elektrisch leitfähige Element und das zweite elektrisch leitfähige Element sind im Normalzustand der Temperaturdetektionsvorrichtung durch das intumeszente Material elektrisch leitend miteinander verbunden. Insbesondere bildet das intumeszente Material ein Verbindungsmaterial, beispielsweise ein Klebematerial zwischen dem ersten elektrisch leitfähigen Element und dem zweiten elektrisch leitfähigen Element.According to a preferred embodiment, the intumescent material is electrically conductive in the non-triggered state and the first electrically conductive element and the second electrically conductive element are electrically conductively connected to one another by the intumescent material in the normal state of the temperature detection device. In particular, the intumescent material forms a connection material, for example an adhesive material, between the first electrically conductive element and the second electrically conductive element.
Durch das Auslösen des intumeszenten Materials und die damit einhergehende Volumenzunahme werden das erste elektrisch leitfähige Element und das zweite elektrisch leitfähige Element beim Auslösen des intumeszenten Materials voneinander wegbewegt.By triggering the intumescent material and the associated increase in volume, the first electrically conductive element and the second electrically conductive element are moved away from one another when the intumescent material is triggered.
Durch den erhöhten elektrischen Widerstand der Auslösevorrichtung und/oder des intumeszenten Materials im ausgelösten Zustand ist und/oder wird ein Stromfluss zwischen dem ersten elektrisch leitfähigen Element und dem zweiten elektrisch leitfähigen Element im Detektionszustand der Temperaturdetektionsvorrichtung vorzugsweise unterbrochen und/oder getrennt.Due to the increased electrical resistance of the triggering device and / or the intumescent material in the triggered state, a current flow between the first electrically conductive element and the second electrically conductive element is preferably interrupted and / or separated in the detection state of the temperature detection device.
Beispielsweise ist und/oder wird so eine Stromversorgung eines elektrischen Verbrauchers, welcher sich im selben Strompfad wie die Temperaturdetektionsvorrichtung befindet, unterbrochen.For example, a power supply to an electrical consumer that is located in the same current path as the temperature detection device is and / or is interrupted.
Der elektrische Verbraucher kann beispielsweise ein elektrochemisches System im Ladezustand sein.The electrical consumer can be, for example, an electrochemical system in the state of charge.
Alternativ dazu, dass das erste elektrisch leitfähige Element und das zweite elektrisch leitfähige Element im Normalzustand elektrisch leitend durch die Auslösevorrichtung verbunden sind, kann gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform vorgesehen sein, dass das erste elektrisch leitfähige Element und das zweite elektrisch leitfähige Element im Normalzustand der Temperaturdetektionsvorrichtung mittels eines weiteren elektrisch leitfähigen Elements über mindestens eine Sollbruchstelle miteinander verbunden sind.Alternatively to the fact that the first electrically conductive element and the second electrically conductive element are electrically conductively connected in the normal state by the triggering device, it can be provided according to a further preferred embodiment that the first electrically conductive element and the second electrically conductive element in the normal state of the temperature detection device are connected to one another by means of a further electrically conductive element via at least one predetermined breaking point.
Durch Auslösen der Auslösevorrichtung bricht vorzugsweise mindestens eine Sollbruchstelle zwischen dem weiteren elektrisch leitfähigen Element und dem ersten elektrisch leitfähigen Element und/oder mindestens eine Sollbruchstelle zwischen dem weiteren elektrisch leitfähigen Element und dem zweiten elektrisch leitfähigen Element aufgrund der Volumenzunahme des intumeszenten Materials.By triggering the triggering device, at least one predetermined breaking point breaks between the further electrically conductive element and the first electrically conductive element and / or at least one predetermined breaking point between the further electrically conductive element and the second electrically conductive element due to the increase in volume of the intumescent material.
Wie bereits erwähnt, kann es ergänzend oder alternativ vorteilhaft sein, wenn die Temperaturdetektionsvorrichtung eine Sensorvorrichtung ist und ein Sensorelement zur Detektion eines ausgelösten Zustands der Auslösevorrichtung umfasst, wobei die Auslösevorrichtung bei einem Erreichen oder einem Übersteigen einer Auslösetemperatur des intumeszenten Materials vom Normalzustand in den ausgelösten Zustand übergeht, wodurch das Sensorelement von einem Normalzustand in einen Detektionszustand gelangt.As already mentioned, it can additionally or alternatively be advantageous if the temperature detection device is a sensor device and comprises a sensor element for detecting a triggered state of the triggering device, the triggering device when a triggering temperature of the intumescent material is reached or exceeded from the normal state to the triggered state passes, whereby the sensor element passes from a normal state into a detection state.
Gemäß bevorzugten Ausführungsformen wird durch den ausgelösten Zustand der Auslösevorrichtung ein Kurzschluss erzeugt oder ein Stromfluss unterbrochen und hierdurch wird das Sensorelement jeweils in den Detektionszustand gebracht.According to preferred embodiments, a short circuit is generated or a current flow is interrupted by the triggered state of the triggering device, and the sensor element is thereby brought into the detection state in each case.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass durch den ausgelösten Zustand der Auslösevorrichtung ein optisches Signal oder ein Funksignal, welches das Sensorelement detektiert, verändert wird und das Sensorelement hierdurch in den Detektionszustand gebracht wird.Alternatively, it can be provided that an optical signal or a radio signal which the sensor element detects is changed by the triggered state of the triggering device and the sensor element is thereby brought into the detection state.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das Sensorelement ein Binärsensor ist.It can be advantageous if the sensor element is a binary sensor.
Günstig kann es sein, wenn die Temperaturdetektionsvorrichtung eine Spannungsquelle aufweist, welche insbesondere elektrisch mit dem ersten elektrisch leifähigen Element und dem zweiten elektrisch leitfähigen Element verbunden ist.It can be favorable if the temperature detection device has a voltage source which is in particular electrically connected to the first electrically conductive element and the second electrically conductive element.
Die Spannungsquelle kann beispielsweise eine Gleichstromspannungsquelle oder eine Wechselstromspannungsquelle sein.The voltage source can be, for example, a direct current voltage source or an alternating current voltage source.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das Sensorelement einen Stromsensor und/oder einen Spannungssensor umfasst oder daraus gebildet ist und wenn die Auslösevorrichtung im ausgelösten Zustand elektrisch leitfähig ist.It can be advantageous if the sensor element comprises a current sensor and / or a voltage sensor or is formed therefrom, and if so the release device is electrically conductive in the released state.
Vorzugsweise umfasst die Temperaturdetektionsvorrichtung ein erstes elektrisch leitfähiges Element und/oder ein zweites elektrisch leitfähiges Element. Vorzugsweise sind und/oder werden das erste elektrisch leitfähige Element und das zweite elektrisch leitfähige Element im ausgelösten Zustand der Auslösevorrichtung durch die Auslösevorrichtung und/oder das intumeszente Material elektrisch leitend miteinander verbunden.The temperature detection device preferably comprises a first electrically conductive element and / or a second electrically conductive element. The first electrically conductive element and the second electrically conductive element are preferably and / or are connected to one another in an electrically conductive manner in the triggered state of the triggering device by the triggering device and / or the intumescent material.
„Elektrisch leitfähig“ bedeutet vorzugsweise, dass hierdurch beschriebene Materialien oder Elemente bei 25 °C eine Leitfähigkeit von ungefähr 10-8 S/m oder mehr aufweisen.“Electrically conductive” preferably means that the materials or elements described here have a conductivity of approximately 10 -8 S / m or more at 25 ° C.
Im Normalzustand der Auslösevorrichtung sind das erste elektrisch leitfähige Element und das zweite elektrisch leitfähige Element vorzugsweise räumlich voneinander getrennt und/oder elektrisch voneinander isoliert.In the normal state of the triggering device, the first electrically conductive element and the second electrically conductive element are preferably spatially separated from one another and / or electrically isolated from one another.
So kann im Normalzustand der Auslösevorrichtung im Vergleich zu Temperaturdetektionsvorrichtungen mit einem dauerhaften Stromfluss zwischen dem ersten elektrisch leitfähigen Element und dem zweiten elektrisch leitfähigen Element Strom gespart werden.Thus, in the normal state of the triggering device, electricity can be saved compared to temperature detection devices with a permanent current flow between the first electrically conductive element and the second electrically conductive element.
Ein Abstand zwischen dem ersten elektrisch leitfähigen Element und dem zweiten elektrisch leitfähigen Element ist vorzugsweise derart gewählt, dass kein Spannungsüberschlag zwischen dem ersten elektrisch leitfähigen Element und dem zweiten elektrisch leitfähigen Element stattfinden kann.A distance between the first electrically conductive element and the second electrically conductive element is preferably selected such that no voltage flashover can take place between the first electrically conductive element and the second electrically conductive element.
Insbesondere ist der Abstand derart gewählt, dass eine Kriechstrecke entlang einer Oberfläche, beispielsweise eines Isolationselements, und/oder eine Luftstrecke zwischen dem ersten elektrisch leitfähigen Element und der Auslösevorrichtung oder dem zweiten elektrisch leitfähigen Element und der Auslösevorrichtung so groß sind, dass kein Spannungsüberschlag zwischen dem ersten elektrisch leitfähigen Element und dem zweiten elektrisch leitfähigen Element stattfinden kann.In particular, the distance is chosen such that a creepage distance along a surface, for example an insulation element, and / or an air gap between the first electrically conductive element and the triggering device or the second electrically conductive element and the triggering device are so large that no voltage flashover between the first electrically conductive element and the second electrically conductive element can take place.
Als „Luftstrecke“ wird vorzugsweise eine kürzeste Entfernung zwischen zwei leitenden Teilen bezeichnet.The “air gap” is preferably the shortest distance between two conductive parts.
Als „Kriechstrecke“ wird vorzugsweise eine kürzeste Entfernung entlang einer Oberfläche eines festen elektrisch isolierenden Stoffes zwischen zwei leitenden Teilen bezeichnet.A “creepage distance” is preferably a shortest distance along a surface of a solid electrically insulating material between two conductive parts.
Insbesondere fließt im ausgelösten Zustand der Auslösevorrichtung aufgrund der elektrisch leitenden Verbindung zwischen dem ersten elektrisch leitfähigen Element und dem zweiten elektrisch leitfähigen Element ein Kurzschlussstrom.In particular, in the triggered state of the triggering device, a short-circuit current flows due to the electrically conductive connection between the first electrically conductive element and the second electrically conductive element.
Im ausgelösten Zustand der Auslösevorrichtung sind das erste elektrisch leitfähige Element und die Auslösevorrichtung und/oder das zweite elektrisch leitfähige Element und die Auslösevorrichtung insbesondere in einem Kontaktbereich in elektrisch leitendem Kontakt und/oder in einem stofflichen Kontakt.In the triggered state of the triggering device, the first electrically conductive element and the triggering device and / or the second electrically conductive element and the triggering device are in electrically conductive contact and / or in material contact, in particular in a contact area.
Insbesondere detektiert das Sensorelement im Detektionszustand einen Kurzschlussstrom und/oder einen Spannungsabfall zwischen dem ersten elektrisch leitfähigen Element und dem zweiten elektrisch leitfähigen Element. In particular, the sensor element detects a short-circuit current and / or a voltage drop between the first electrically conductive element and the second electrically conductive element in the detection state.
Vorzugsweise bildet die Auslösevorrichtung in Ausführungsformen, in welchen das erste elektrisch leitfähige Element und das zweite elektrisch leitfähige Element im ausgelösten Zustand elektrisch kontaktiert sind und/oder werden, eine Kurzschließvorrichtung.In embodiments in which the first electrically conductive element and the second electrically conductive element are and / or are electrically contacted in the triggered state, the triggering device preferably forms a short-circuiting device.
Dabei kann ein elektrischer Widerstand der Auslösevorrichtung im ausgelösten Zustand auch hochohmig sein, solange er gering genug ist, dass ein Kurzschlussstrom und/oder ein Spannungsabfall von dem Sensorelement detektierbar sind.In this case, an electrical resistance of the triggering device in the triggered state can also have a high resistance, as long as it is low enough that a short-circuit current and / or a voltage drop can be detected by the sensor element.
Es kann vorgesehen sein, dass durch ein Gelangen des Sensorelements in den Detektionszustand ein Signal, beispielsweise ein Notfallsignal, an eine Schnittstelle abgegeben wird, welche dieses an eine Funktionseinheit weiterleiten kann. Die Schnittstelle und/oder die Funktionseinheit können einen Bestandteil der Temperaturdetektionsvorrichtung bilden.It can be provided that when the sensor element reaches the detection state, a signal, for example an emergency signal, is output to an interface which can forward this to a functional unit. The interface and / or the functional unit can form part of the temperature detection device.
Das erste elektrisch leitfähige Element und das zweite elektrisch leitfähige Element sind insbesondere mittels eines oder mehrerer Isolationselemente verbindbar oder verbunden.The first electrically conductive element and the second electrically conductive element can be or are connected in particular by means of one or more insulation elements.
Günstig kann es sein, wenn das eine oder die mehreren Isolationselemente ein oder mehrere Abstandhalterelemente umfassen, welche einerseits mit dem ersten elektrisch leitfähigen Element verbunden sind und welche, insbesondere jeweils mittels eines Verbindungsmaterials, mit dem zweiten elektrisch leitfähigen Element andererseits verbindbar oder verbunden sind.It can be favorable if the one or more insulation elements comprise one or more spacer elements which are connected to the first electrically conductive element on the one hand and which, in particular in each case by means of a connecting material, can be or are connected to the second electrically conductive element on the other hand.
Das erste elektrisch leitfähige Element und das eine oder die mehreren Abstandhalterelemente können stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder formschlüssig miteinander verbunden sein. Beispielsweise sind sie miteinander verschraubt und/oder verklebt und/oder verschweißt.The first electrically conductive element and the one or more spacer elements can be connected to one another with a material fit and / or a force fit and / or a form fit. For example, they are screwed and / or glued and / or welded to one another.
In Ausführungsformen, in welchen kein Verbindungsmaterial vorgesehen ist, sind das zweite elektrisch leitfähige Element und das eine oder die mehreren Abstandhalterelemente vorzugsweise unmittelbar stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder formschlüssig miteinander verbunden, beispielsweise miteinander verschraubt und/oder verklebt und/oder verschweißt.In embodiments in which no connection material is provided, the second electrically conductive element and the one or more spacer elements are preferably directly connected to one another in a materially bonded and / or non-positive and / or form-fitting manner, for example screwed and / or glued and / or welded to one another.
Es kann vorgesehen sein, dass ein erstes Abstandhalterelement mittels eines ersten Verbindungsmaterials und ein zweites Abstandhalterelement mittels eines zweiten Verbindungsmaterials an dem zweiten elektrisch leitfähigen Element festgelegt sind.It can be provided that a first spacer element is fixed to the second electrically conductive element by means of a first connecting material and a second spacer element by means of a second connecting material.
Das erste Verbindungsmaterial und das zweite Verbindungsmaterial sind vorzugsweise chemisch identisch.The first connecting material and the second connecting material are preferably chemically identical.
Alternativ können auch voneinander verschiedene Verbindungsmaterialien zur Festlegung des ersten Abstandhalterelements und des zweiten Abstandhalterelements verwendet werden.Alternatively, connection materials that differ from one another can also be used to fix the first spacer element and the second spacer element.
Vorzugsweise sind das eine oder die mehreren Abstandhalterelemente elektrisch isolierend. Ergänzend oder alternativ ist das Verbindungsmaterial elektrisch isolierend.The one or more spacer elements are preferably electrically insulating. In addition or as an alternative, the connecting material is electrically insulating.
Insbesondere sind das eine oder die mehreren Abstandhalterelemente und/oder das Verbindungsmaterial elektrische Isolatoren.In particular, the one or more spacer elements and / or the connecting material are electrical insulators.
Es kann vorgesehen sein, dass das eine oder die mehreren Abstandhalterelemente sowohl mit dem ersten elektrisch leitfähigen Element als auch mit dem zweiten elektrisch leitfähigen Element jeweils mittels eines oder mehrerer Verbindungsmaterialien verbunden sind.It can be provided that the one or more spacer elements are connected both to the first electrically conductive element and to the second electrically conductive element in each case by means of one or more connecting materials.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform bilden das erste elektrisch leitfähige Element, das erste Abstandhalterelement, das zweite Abstandhalterelement und das zweite elektrisch leitfähige Element gemeinsam zumindest näherungsweise eine Quaderform und/oder umgeben einen Detektionsbereich der Temperaturdetektionsvorrichtung vierseitig.According to a preferred embodiment, the first electrically conductive element, the first spacer element, the second spacer element and the second electrically conductive element together at least approximately form a cuboid shape and / or surround a detection area of the temperature detection device on four sides.
Beispielsweise ist das Verbindungsmaterial oder sind die Verbindungsmaterialien jeweils Klebematerialien, mittels welcher das eine oder die mehreren Abstandhalterelemente mit dem zweiten elektrisch leitfähigen Element verklebbar sind und/oder verklebt sind.For example, the connecting material or the connecting materials are each adhesive materials, by means of which the one or more spacer elements can be glued and / or glued to the second electrically conductive element.
Beispielsweise wird eine Einheit aus dem ersten elektrisch leitfähigen Material, einem ersten Abstandhalterelement und einem zweiten Abstandhalterelement mittels eines oder zweier Verbindungsmaterialien an einem elektrisch leitfähigen Bauteil, welches das zweite elektrisch leitfähige Element bildet, festgelegt, beispielsweise festgeklebt.For example, a unit composed of the first electrically conductive material, a first spacer element and a second spacer element is fixed, for example glued, to an electrically conductive component which forms the second electrically conductive element by means of one or two connecting materials.
Zuvor, anschließend oder währenddessen werden vorzugsweise das erste elektrisch leitfähige Element und das zweite elektrisch leitfähige Element jeweils mit einer Spannungsquelle verbunden, beispielsweise mittels eines oder mehrerer Kabel. Die Spannungsquelle ist vorzugsweise elektrisch mit dem Sensorelement verbunden.Before, after or during this time, the first electrically conductive element and the second electrically conductive element are each connected to a voltage source, for example by means of one or more cables. The voltage source is preferably electrically connected to the sensor element.
Durch die unmittelbare Verbindung der Temperaturdetektionsvorrichtung mit dem elektrisch leitfähigen Bauteil wird ein Detektionsbereich der Temperaturdetektionsvorrichtung insbesondere unmittelbar durch das Bauteil begrenzt und/oder die Temperatur kann unmittelbar an dem Bauteil gemessen werden.As a result of the direct connection of the temperature detection device to the electrically conductive component, a detection area of the temperature detection device is in particular delimited directly by the component and / or the temperature can be measured directly on the component.
Durch die Festlegung der Temperaturdetektionsvorrichtung unmittelbar an einem zu überwachenden Bauteil kann Material, beispielsweise in Form von Kabeln und/oder Zwischenelementen, reduziert werden.By fixing the temperature detection device directly on a component to be monitored, material, for example in the form of cables and / or intermediate elements, can be reduced.
Alternativ dazu, dass das erste elektrisch leitfähige Element und das zweite elektrisch leitfähige Element im Normalzustand der Auslösevorrichtung elektrisch voneinander isoliert sind, kann vorgesehen sein, dass das Sensorelement einen Stromsensor und/oder einen Spannungssensor umfasst oder daraus gebildet ist und dass die Auslösevorrichtung im ausgelösten Zustand elektrisch isolierend ist. Vorzugsweise umfasst die Temperaturdetektionsvorrichtung ein erstes elektrisch leitfähiges Element und/oder ein zweites elektrisch leitfähiges Element, wobei vorzugsweise das erste elektrisch leitfähige Element und das zweite elektrisch leitfähige Element im Normalzustand der Auslösevorrichtung elektrisch leitend miteinander verbindbar oder verbunden sind.As an alternative to the fact that the first electrically conductive element and the second electrically conductive element are electrically isolated from one another in the normal state of the triggering device, it can be provided that the sensor element comprises or is formed from a current sensor and / or a voltage sensor and that the triggering device in the triggered state is electrically insulating. The temperature detection device preferably comprises a first electrically conductive element and / or a second electrically conductive element, wherein the first electrically conductive element and the second electrically conductive element can or are connected to one another in an electrically conductive manner in the normal state of the triggering device.
Vorzugsweise sind und/oder werden das erste elektrisch leitfähige Element und das zweite elektrisch leitfähige Element im ausgelösten Zustand der Auslösevorrichtung durch das intumeszente Material elektrisch voneinander getrennt. Die Trennung erfolgt vorzugsweise durch die Volumenzunahme des intumeszenten Materials im ausgelösten Zustand.Preferably, the first electrically conductive element and the second electrically conductive element are and / or are electrically separated from one another by the intumescent material in the triggered state of the triggering device. The separation takes place preferably through the increase in volume of the intumescent material in the triggered state.
In Ausführungsformen, in welchen das erste elektrisch leitfähige Element und das zweite elektrisch leitfähige Element bei einem Erreichen oder einem Übersteigen der Auslösetemperatur durch das intumeszente Material elektrisch voneinander getrennt werden, detektiert das Sensorelement im Detektionszustand insbesondere einen Anstieg eines Betrags der Spannung zwischen dem ersten elektrisch leitfähigen Element und dem zweiten elektrisch leitfähigen Element und/oder einen Stromabfall.In embodiments in which the first electrically conductive element and the second electrically conductive element are electrically separated from each other when the trigger temperature is reached or exceeded by the intumescent material, the sensor element in the detection state detects in particular an increase in an amount of the voltage between the first electrically conductive Element and the second electrically conductive element and / or a current drop.
Beispielsweise befinden sich das erste elektrisch leitfähige Element und das zweite elektrisch leitfähige Element im Normalzustand der Auslösevorrichtung zumindest teilweise in direktem stofflichem Kontakt zueinander.For example, the first electrically conductive element and the second electrically conductive element are at least partially in direct material contact with one another in the normal state of the triggering device.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass das erste elektrisch leitfähige Element und das zweite elektrisch leitfähige Element durch ein weiteres elektrisch leitfähiges Element elektrisch leitend miteinander verbunden sind.Alternatively, it can be provided that the first electrically conductive element and the second electrically conductive element are connected to one another in an electrically conductive manner by a further electrically conductive element.
In Ausführungsformen, in welchen die Auslösevorrichtung im ausgelösten Zustand elektrisch isolierend ist, kann es vorteilhaft sein, wenn das intumeszente Material nicht elektrisch leitfähig und/oder elektrisch isolierend ist.In embodiments in which the triggering device is electrically insulating in the triggered state, it can be advantageous if the intumescent material is not electrically conductive and / or electrically insulating.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass das intumeszente Material mit einer elektrisch isolierenden Folie und/oder einer elektrisch isolierenden Beschichtung versehen ist.Alternatively, it can be provided that the intumescent material is provided with an electrically insulating film and / or an electrically insulating coating.
Vorzugsweise bilden das erste elektrisch leitfähige Element und/oder das zweite elektrisch leitfähige Element jeweils ein elektrisch leitfähiges Bauteil.The first electrically conductive element and / or the second electrically conductive element preferably each form an electrically conductive component.
Vorzugsweise sind das erste elektrisch leitfähige Element und/oder das zweite elektrisch leitfähige Element ausgewählt aus folgenden Elementen:
- - ein Zellverbinder oder ein Teil davon;
- - ein Zuganker oder ein Teil davon;
- - ein Zellkontaktierungssystem oder ein Teil davon;
- - eine Gehäusewandung oder ein Teil davon.
- - a cell connector or a part thereof;
- - a tie rod or a part thereof;
- - a cell contacting system or a part thereof;
- - a housing wall or part of it.
Ergänzend oder alternativ kann vorgesehen sein, dass das erste elektrisch leitfähige Element und/oder das zweite elektrisch leitfähige Element eine Beschichtung an einem der genannten Elemente bilden.In addition or as an alternative, it can be provided that the first electrically conductive element and / or the second electrically conductive element form a coating on one of the elements mentioned.
In Ausführungsformen, in welchen das erste elektrisch leitfähige Element und/oder das zweite elektrisch leitfähige Element eine Gehäusewandung oder einen Teil davon bilden, ist die Gehäusewandung beispielsweise eine Gehäusewandung eines elektrochemischen Systems als Ganzes oder eine Gehäusewandung einer elektrochemischen Zelle eines elektrochemischen Systems. In embodiments in which the first electrically conductive element and / or the second electrically conductive element form a housing wall or a part thereof, the housing wall is, for example, a housing wall of an electrochemical system as a whole or a housing wall of an electrochemical cell of an electrochemical system.
Temperaturdetektionsvorrichtungen, welche sowohl ein erstes elektrisch leitfähiges Element als auch ein zweites elektrisch leitfähiges Element umfassen, können als Ganzes stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder formschlüssig an einem zu überwachenden Element festgelegt werden und/oder sein. Beispielsweise ist die Temperaturdetektionsvorrichtung an dem zu überwachenden Element festgeschraubt und/oder festgeklebt und/oder angeschweißt.Temperature detection devices, which include both a first electrically conductive element and a second electrically conductive element, can be and / or be attached as a whole to an element to be monitored in a materially and / or non-positively and / or positively locked manner. For example, the temperature detection device is screwed and / or glued and / or welded to the element to be monitored.
Temperaturdetektionsvorrichtungen, welche sowohl ein erstes elektrisch leitfähiges Element als auch ein zweites elektrisch leitfähiges Element umfassen, haben den Vorteil, dass das zu überwachende Element selbst nicht elektrisch leitfähig sein muss.Temperature detection devices which include both a first electrically conductive element and a second electrically conductive element have the advantage that the element to be monitored does not have to be electrically conductive itself.
Vorzugsweise ist die Auslösevorrichtung an einer dem zweiten elektrisch leitfähigen Element zugewandten Seite des ersten elektrisch leitfähigen Elements angeordnet und insbesondere im Normalzustand der Auslösevorrichtung von dem zweiten elektrisch leitfähigen Element beabstandet.The triggering device is preferably arranged on a side of the first electrically conductive element facing the second electrically conductive element and, in particular, is spaced apart from the second electrically conductive element in the normal state of the triggering device.
Ergänzend oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die Auslösevorrichtung an einer dem ersten elektrisch leitfähigen Element zugewandten Seite des zweiten elektrisch leitfähigen Elements angeordnet ist und insbesondere im Normalzustand der Auslösevorrichtung von dem ersten elektrisch leitfähigen Element beabstandet ist.Additionally or alternatively, it can be provided that the triggering device is arranged on a side of the second electrically conductive element facing the first electrically conductive element and, in particular, is spaced apart from the first electrically conductive element in the normal state of the triggering device.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das intumeszente Material eine Beschichtung an einer dem zweiten elektrisch leitfähigen Element zugewandten Seite des ersten elektrisch leitfähigen Elements bildet und/oder wenn das intumeszente Material eine Beschichtung an einer dem ersten elektrisch leitfähigen Element zugewandten Seite des zweiten elektrisch leitfähigen Elements bildet.It can be advantageous if the intumescent material forms a coating on a side of the first electrically conductive element facing the second electrically conductive element and / or if the intumescent material forms a coating on a side of the second electrically conductive element facing the first electrically conductive element .
In Ausführungsformen, in welchen das erste elektrisch leitfähige Element und das zweite elektrisch leitfähige Element im Normalzustand der Auslösevorrichtung elektrisch voneinander isoliert sind, und/oder in Ausführungsformen, in welchen das erste elektrisch leitfähige Element und das zweite elektrisch leitfähige Element im Normalzustand der Auslösevorrichtung mittels eines weiteren elektrisch leitfähigen Elements kontaktiert sind, bildet das intumeszente Material vorzugsweise entweder eine Beschichtung an dem ersten elektrisch leitfähigen Element oder an dem zweiten elektrisch leitfähigen Element. Das intumeszente Material ist im Normalzustand der Auslösevorrichtung in den genannten Ausführungsformen vorzugsweise von dem elektrisch leitfähigen Element, an welchem es keine Beschichtung bildet, beabstandet.In embodiments in which the first electrically conductive element and the second electrically conductive element are electrically isolated from one another in the normal state of the triggering device, and / or in embodiments in which the first electrically conductive element and the second electrically conductive element in the normal state of the triggering device by means of a further electrically conductive element are contacted, the intumescent material preferably forms either a coating on the first electrically conductive element or on the second electrically conductive element. In the specified embodiments, the intumescent material is preferably at a distance from the electrically conductive element on which it does not form a coating in the normal state of the release device.
In Ausführungsformen, in welchen die Auslösevorrichtung das erste elektrisch leitfähige Element und das zweite elektrisch leitfähige Element im ausgelösten Zustand elektrisch leitend kontaktiert, kann es vorteilhaft sein, wenn das intumeszente Material im ausgelösten Zustand elektrisch leitfähig ist.In embodiments in which the triggering device makes electrically conductive contact with the first electrically conductive element and the second electrically conductive element in the triggered state, it can be advantageous if the intumescent material is electrically conductive in the triggered state.
Alternativ zu einer intrinsischen elektrischen Leitfähigkeit des intumeszenten Materials im ausgelösten Zustand kann vorgesehen sein, dass ein elektrisch leitfähiges Material, beispielsweise in Form einer oder mehrerer Folien und/oder Beschichtungen, mit dem intumeszenten Material verbunden ist und durch eine Volumenzunahme des intumeszenten Materials beim Auslösen desselben in elektrisch leitenden Kontakt mit dem ersten elektrisch leitfähigen Element und/oder dem zweiten elektrisch leitfähigen Element gebracht wird.As an alternative to an intrinsic electrical conductivity of the intumescent material in the triggered state can be provided that an electrically conductive material, for example in the form of one or more foils and / or coatings, is connected to the intumescent material and through an increase in volume of the intumescent material when it is triggered in electrically conductive contact with the first electrically conductive element and / or is brought to the second electrically conductive element.
Günstig kann es sein, wenn das intumeszente Material ein Treibmaterial umfasst, welches expandierbare Mikrokapseln umfasst oder daraus gebildet ist. Die expandierbaren Mikrokapseln bilden vorzugsweise ein Treibmittel.It can be favorable if the intumescent material comprises a propellant material which comprises expandable microcapsules or is formed therefrom. The expandable microcapsules preferably form a propellant.
Im Folgenden wird auf eine Gesamtmasse des intumeszenten Materials Bezug genommen. Dies bezieht sich insbesondere auf das intumeszente Material in einem getrockneten und/oder ausgehärteten Zustand, beispielsweise in einem Zustand vor einem Auslösen des intumeszenten Materials.In the following, reference is made to a total mass of the intumescent material. This relates in particular to the intumescent material in a dried and / or hardened state, for example in a state before the intumescent material was triggered.
Ein Anteil der expandierbaren Mikrokapseln an dem intumeszenten Material beträgt vorzugsweise ungefähr 1 Gew.-% oder mehr, insbesondere ungefähr 5 Gew.-% oder mehr, bezogen auf die Gesamtmasse des intumeszenten Materials.A proportion of the expandable microcapsules in the intumescent material is preferably approximately 1% by weight or more, in particular approximately 5% by weight or more, based on the total mass of the intumescent material.
Insbesondere beträgt der Anteil der expandierbaren Mikrokapseln ungefähr 40 Gew.-% oder weniger, insbesondere ungefähr 15 Gew.-% oder weniger, bezogen auf die Gesamtmasse des intumeszenten Materials.In particular, the proportion of expandable microcapsules is approximately 40% by weight or less, in particular approximately 15% by weight or less, based on the total mass of the intumescent material.
In Ausführungsformen, in welchen das intumeszente Material im ausgelösten Zustand einen erhöhten elektrischen Widerstand und/oder eine verringerte elektrische Leitfähigkeit aufweisen soll, ist ein Anteil des Treibmaterials vorzugsweise erhöht, beispielsweise um mindestens ungefähr 5 Gew.-% mehr als der zuvor beschriebene Anteil, bezogen auf die Gesamtmasse des intumeszenten Materials.In embodiments in which the intumescent material is intended to have increased electrical resistance and / or reduced electrical conductivity in the triggered state, a proportion of the propellant material is preferably increased, for example by at least approximately 5% by weight more than the proportion described above on the total mass of the intumescent material.
Hierdurch kann eine stärkere Expansion des intumeszenten Materials erfolgen. Eine Anzahl elektrischer Leitpfade durch das intumeszente Material im ausgelösten Zustand kann dadurch verringert werden.This can result in greater expansion of the intumescent material. A number of electrical conduction paths through the intumescent material in the triggered state can thereby be reduced.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die expandierbaren Mikrokapseln jeweils zumindest näherungsweise sphärisch ausgebildet sind.It can be advantageous if the expandable microcapsules are each at least approximately spherical.
Durch die Verwendung des Treibmaterials, insbesondere in Form der expandierbaren Mikrokapseln, kann auch bei vergleichsweise niedrigen Auslösetemperaturen von ungefähr 100 °C oder weniger eine optimierte Volumenzunahme des intumeszenten Materials erfolgen.By using the propellant material, in particular in the form of the expandable microcapsules, an optimized increase in volume of the intumescent material can take place even at comparatively low triggering temperatures of approximately 100 ° C. or less.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die expandierbaren Mikrokapseln einen mittleren Durchmesser von ungefähr 5 µm oder mehr und/oder ungefähr 50 µm oder weniger aufweisen.It can be advantageous if the expandable microcapsules have an average diameter of approximately 5 μm or more and / or approximately 50 μm or less.
Der „mittlere Durchmesser“ ist vorzugsweise als arithmetisches Mittel der einzelnen Durchmesser definiert und bezieht sich insbesondere auf eine Ursprungsform der Mikrokapseln in nicht expandierter Form.The “mean diameter” is preferably defined as the arithmetic mean of the individual diameters and relates in particular to an original shape of the microcapsules in non-expanded form.
Die expandierbaren Mikrokapseln weisen vorzugsweise jeweils eine Hülle, beispielsweise aus einem thermoplastischen Polymermaterial, auf, in welcher sich ein aliphatischer Kohlenwasserstoff befindet. Übersteigt eine Temperatur der expandierbaren Mikrokapseln eine Siedetemperatur des in den expandierbaren Mikrokapseln enthaltenen aliphatischen Kohlenwasserstoffs, kommt es insbesondere zu einer Verdampfungsreaktion des aliphatischen Kohlenwasserstoffs.The expandable microcapsules preferably each have a shell, for example made of a thermoplastic polymer material, in which an aliphatic hydrocarbon is located. If a temperature of the expandable microcapsules exceeds a boiling point of the aliphatic hydrocarbon contained in the expandable microcapsules, in particular an evaporation reaction of the aliphatic hydrocarbon occurs.
Aufgrund der Verdampfungsreaktion des aliphatischen Kohlenwasserstoffs innerhalb der geschlossenen Hülle nimmt ein Volumen der jeweiligen expandierbaren Mikrokapsel im Vergleich zu einem Volumen der jeweiligen expandierbaren Mikrokapsel vor der Verdampfungsreaktion vorzugsweise um einen Faktor von ungefähr 2 oder mehr zu und/oder um einen Faktor von ungefähr 5 oder weniger zu.Due to the evaporation reaction of the aliphatic hydrocarbon within the closed shell, a volume of the respective expandable microcapsule compared to a volume of the respective expandable microcapsule before the evaporation reaction preferably increases by a factor of about 2 or more and / or by a factor of about 5 or less to.
Bevorzugte aliphatische Kohlenwasserstoffe in den expandierbaren Mikrokapseln weisen einen Siedepunkt von ungefähr 50 °C oder weniger auf.Preferred aliphatic hydrocarbons in the expandable microcapsules have a boiling point of about 50 ° C or less.
Beispielsweise werden expandierbare Mikrokapseln verwendet, welche Isobutan und/oder Isopentan enthalten.For example, expandable microcapsules are used which contain isobutane and / or isopentane.
Ergänzend oder alternativ zu der Verwendung von expandierbaren Mikrokapseln als Treibmaterial in dem intumeszenten Material kann vorgesehen sein, dass das intumeszente Material ein Treibmaterial umfasst, welches ein Treibmittel und insbesondere einen Reaktionsbeschleuniger umfasst oder daraus gebildet ist.In addition to or as an alternative to the use of expandable microcapsules as a propellant material in the intumescent material, it can be provided that the intumescent material comprises a propellant material which comprises or is formed from a propellant and in particular a reaction accelerator.
Auch ein Anteil des von den expandierbaren Mikrokapseln verschiedenen Treibmaterials an dem intumeszenten Material beträgt vorzugsweise ungefähr 1 Gew.-% oder mehr und/oder ungefähr 40 Gew.-% oder weniger, insbesondere ungefähr 5 Gew.-% oder mehr und/oder ungefähr 15 Gew.-% oder weniger, jeweils bezogen auf die Gesamtmasse des intumeszenten Materials.A proportion of the propellant material different from the expandable microcapsules in the intumescent material is also preferably approximately 1% by weight or more and / or approximately 40% by weight or less, in particular approximately 5% by weight or more and / or approximately 15 % By weight or less, in each case based on the total mass of the intumescent material.
Das Treibmittel ist insbesondere ausgewählt aus einer oder mehreren der folgenden Substanzen:
- - eine oder mehrere organische Säuren;
- - eine oder mehrere anorganische Säuren;
- - ein oder mehrere Salze der Kohlensäure;
- - Harnstoff;
- - Hydrazin und/oder Hydrazin-Derivate;
- - eine oder mehrere Azo-Verbindungen; und
- - ein oder mehrere Azide.
- - one or more organic acids;
- - one or more inorganic acids;
- - one or more salts of carbonic acid;
- - urea;
- - hydrazine and / or hydrazine derivatives;
- - one or more azo compounds; and
- - one or more azides.
Bevorzugte organische Säuren sind Methansäure, Ethansäure, Propandisäure, Citronensäure, 2,3-Dihydroxybutandisäure (Weinsäure), 2-Hydroxybernsteinsäure (Äpfelsäure), Ascorbinsäure, Propensäure (Acrylsäure), Ethandisäure (Oxalsäure), trans-Butendisäure (Fumarsäure), Benzoesäure, Nicotinsäure, Abietinsäure, Ölsäure, Agaricinsäure, Maleinsäure und/oder Salicylsäure.Preferred organic acids are methanoic acid, ethanoic acid, propanedioic acid, citric acid, 2,3-dihydroxybutanedioic acid (tartaric acid), 2-hydroxysuccinic acid (malic acid), ascorbic acid, propenoic acid (acrylic acid), ethanedioic acid (oxalic acid), trans-butenedioic acid (fumaric acid), benzoic acid, nicotinic acid , Abietic acid, oleic acid, agaric acid, maleic acid and / or salicylic acid.
Als anorganische Säuren sind Kohlensäure, Salpetersäure, Schwefelsäure und/oder Phosphorsäure bevorzugt.As inorganic acids, carbonic acid, nitric acid, sulfuric acid and / or phosphoric acid are preferred.
Bei den zuvor genannten Treibmitteln kommt es bei einem Erreichen der Auslösetemperatur vorzugsweise zu einer chemischen Reaktion, bei welcher Gas entsteht. Da dieses entstandene Gas nicht aus dem intumeszenten Material entweichen kann, erfolgt insbesondere eine Volumenzunahme des intumeszenten Materials.In the case of the aforementioned propellants, when the triggering temperature is reached, a chemical reaction preferably occurs, during which gas is generated. Since this resulting gas cannot escape from the intumescent material, there is in particular an increase in volume of the intumescent material.
In Ausführungsformen, in welchen Säure als Treibmittel verwendet wird, können - neben dem genannten Salz oder den genannten Salzen der Kohlensäure - auch ein Salz oder mehrere Salze der übrigen Säuren eingesetzt werden.In embodiments in which acid is used as the propellant, one or more salts of the other acids can also be used in addition to the stated salt or salts of carbonic acid.
Beispielsweise können Ammoniumsalz(e), Lithiumsalz(e), Natriumsalz(e), Kaliumsalz(e), Magnesiumsalz(e), Kalziumsalz(e), Eisensalz(e), insbesondere Eisen-II-Salz(e) und/oder Eisen-III-Salz(e), Aluminiumsalz(e), Zinksalz(e) und/oder Kupfersalz(e) der entsprechenden Säure verwendet werden.For example, ammonium salt (s), lithium salt (s), sodium salt (s), potassium salt (s), magnesium salt (s), calcium salt (s), iron salt (s), in particular iron (II) salt (s) and / or iron III salt (s), aluminum salt (s), zinc salt (s) and / or copper salt (s) of the corresponding acid can be used.
Als bevorzugte Reaktionsbeschleuniger haben sich eine oder mehrere organische Säuren, beispielsweise Citronensäure, 2,3-Dihydroxybutandisäure und/oder Stearinsäure, erwiesen. Durch den Zusatz eines Reaktionsbeschleunigers zu dem Treibmittel kann die Auslösetemperatur des intumeszenten Materials weiter verringert werden.One or more organic acids, for example citric acid, 2,3-dihydroxybutanedioic acid and / or stearic acid, have proven to be preferred reaction accelerators. By adding a reaction accelerator to the propellant, the release temperature of the intumescent material can be further reduced.
Es kann vorgesehen sein, dass das intumeszente Material ein Bindematerial umfasst. Vorzugsweise schmilzt das Bindematerial bei einem Erreichen oder Übersteigen der Auslösetemperatur auf und bildet eine Schicht über dem intumeszenten Material.It can be provided that the intumescent material comprises a binding material. The binding material preferably melts when the release temperature is reached or exceeded and forms a layer over the intumescent material.
Ein Anteil des Bindematerials beträgt vorzugsweise ungefähr 1 Gew.-% oder mehr und/oder ungefähr 40 Gew.-% oder weniger, bezogen auf die Gesamtmasse des intumeszenten Materials.A proportion of the binding material is preferably approximately 1% by weight or more and / or approximately 40% by weight or less, based on the total mass of the intumescent material.
Insbesondere beträgt der Anteil des Bindematerials ungefähr 5 Gew.-% oder mehr und/oder ungefähr 15 Gew.-% oder weniger, bezogen auf die Gesamtmasse des intumeszenten Materials.In particular, the proportion of the binding material is approximately 5% by weight or more and / or approximately 15% by weight or less, based on the total mass of the intumescent material.
Es kann vorgesehen sein, dass das Bindematerial ein Bindemittel und insbesondere einen Weichmacher umfasst oder daraus gebildet ist.It can be provided that the binding material comprises a binding agent and in particular a plasticizer or is formed therefrom.
Das Bindemittel ist insbesondere ausgewählt aus einem oder mehreren der folgenden Materialien: ein oder mehrere thermoplastische Polymermaterialien, ein oder mehrere duroplastische Polymermaterialien und ein oder mehrere elastomere Polymermaterialien.The binder is in particular selected from one or more of the following materials: one or more thermoplastic polymer materials, one or more thermosetting polymer materials and one or more elastomeric polymer materials.
Ein bevorzugtes thermoplastisches Polymermaterial/bevorzugte thermoplastische Polymermaterialien sind Cellulose und/oder Cellulose-Derivate, beispielsweise Carboxymethylcellulose, Polyvinylpyrrolidon, Polyacrylsäure, Polyacrylat und/oder Polyacrylat-Derivate, Polyvinylalkohol, Polyvinylacetat, Polyethylenoxid, Polyacrylnitril, Polymethylmethacrylat, Polyvinylidenfluorid und/oder thermoplastisches Polyurethan.A preferred thermoplastic polymer material / preferred thermoplastic polymer materials are cellulose and / or cellulose derivatives, for example carboxymethyl cellulose, polyvinylpyrrolidone, polyacrylic acid, polyacrylate and / or polyacrylate derivatives, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, polyethylene oxide, polyacrylonitrile, polymethyl methacrylate, polyvinylidene fluoride and / or thermoplastic polyurethane.
Als duroplastisches Polymermaterial/duroplastische Polymermaterialien können Polyepoxid(e) und/oder duroplastische(s) Polyurethane verwendet werden.Polyepoxide (s) and / or thermosetting polyurethane (s) can be used as thermosetting polymer material / thermosetting polymer materials.
Ein bevorzugtes elastomeres Polymermaterial ist Polyharnstoff.A preferred elastomeric polymer material is polyurea.
Als bevorzugtes Bindematerial hat sich eine Mischung aus Polyvinylpyrrolidon, beispielsweise mit einem mittleren Molekulargewicht Mw von 360.000, und ein Weichmacher in Form von Polyethylenoxid, beispielsweise mit einem mittleren Molekulargewicht Mw von 1.000, erwiesen.A mixture of polyvinylpyrrolidone, for example with an average molecular weight M w of 360,000, and a plasticizer in the form of polyethylene oxide, for example with an average molecular weight M w of 1,000, has proven to be a preferred binding material.
Polyvinylpyrrolidon zeigt eine gute Löslichkeit in Ethanol und weist vorzugsweise optimierte Haftungseigenschaften auf Materialien auf, welche üblicherweise für Elemente elektrochemischer Systeme verwendet werden. Insbesondere haftet Polyvinylpyrrolidon auf Aluminium.Polyvinylpyrrolidone shows good solubility in ethanol and preferably has optimized adhesion properties on materials which are usually used for elements of electrochemical systems. In particular, polyvinylpyrrolidone adheres to aluminum.
Vorteilhaft kann es sein, wenn zur Herstellung des intumeszenten Materials das Bindematerial in einem Lösungsmittel gelöst wird.It can be advantageous if the binding material is dissolved in a solvent to produce the intumescent material.
Bevorzugte Lösungsmittel sind Dimethylsulfoxid, Ethanol, Aceton, Ethylacetat, Acetonitril, Anilin, Anisol, Benzol, Benzonitril, Isopropanol, tert-Butylmethylether, Gamma-Butyrolacton, Methylethylketon, Chlorbenzol, Chloroform, Cyclohexan, Dibutylether, Diethylether, Methyl-tert-butylether, Dimethylacetamid, Dimethylformamid, 1,4-Dioxan, Essigsäureanhydrid, Essigsäureethylester, Essigsäure, 1,2-Dichlorethan, Ethylenglykol, Ethylenglykoldimethylether, Formamid, n-Hexan, n-Heptan, Methanol, 3-Methyl-1-butanol, 2-Methyl-2-propanol, Methylenchlorid, Butanon, N-Methyl-2-pyrrolidon, N-Methylformamid, Nitrobenzol, Nitromethan, n-Pentan, Piperidin, Propanol, Propylencarbonat, Pyridin, Sulfanol, Tetrachlorethen, Tetrachlorkohlenstoff, Tetrahydrofuran, Toluol, 1,1,1-Trichlorethan, Trichlorethen, Triethylamin, Triethylenglykol, Triethylenglykoldimethylether, Wasser oder Mischungen daraus.Preferred solvents are dimethyl sulfoxide, ethanol, acetone, ethyl acetate, acetonitrile, aniline, anisole, benzene, benzonitrile, isopropanol, tert- Butyl methyl ether, gamma-butyrolactone, methyl ethyl ketone, chlorobenzene, chloroform, cyclohexane, dibutyl ether, diethyl ether, methyl tert-butyl ether, dimethylacetamide, dimethylformamide, 1,4-dioxane, acetic anhydride, ethyl acetate, acetic acid, 1,2-dichloroethane, ethylene glycol, Formamide, n-hexane, n-heptane, methanol, 3-methyl-1-butanol, 2-methyl-2-propanol, methylene chloride, butanone, N-methyl-2-pyrrolidone, N-methylformamide, nitrobenzene, nitromethane, n- Pentane, piperidine, propanol, propylene carbonate, pyridine, sulfanol, tetrachlorethylene, carbon tetrachloride, tetrahydrofuran, toluene, 1,1,1-trichloroethane, trichlorethylene, triethylamine, triethylene glycol, triethylene glycol dimethyl ether, water or mixtures thereof.
Als besonders bevorzugtes Lösungsmittel hat sich Ethanol erwiesen.Ethanol has proven to be a particularly preferred solvent.
Vorzugsweise wird eine Bindematerialmischung aus Polyvinylpyrrolidon, beispielsweise ungefähr 16 Gew.-%, Polyethylenoxid, beispielsweise ungefähr 4 Gew.-%, und reinem Ethanol, beispielsweise ungefähr 80 Gew.-%, jeweils bezogen auf eine Gesamtmasse der resultierenden Bindematerialmischung, hergestellt.A binding material mixture is preferably produced from polyvinylpyrrolidone, for example approximately 16% by weight, polyethylene oxide, for example approximately 4% by weight, and pure ethanol, for example approximately 80% by weight, each based on a total mass of the resulting binding material mixture.
Zu der Bindematerialmischung werden vorzugsweise ein oder mehrere elektrisch leitfähige Additive hinzugegeben und die Bestandteile werden miteinander vermischt, insbesondere derart, dass eine fließfähige Mischung entsteht.One or more electrically conductive additives are preferably added to the binding material mixture and the constituents are mixed with one another, in particular in such a way that a flowable mixture is produced.
Die fließfähige Mischung wird vorzugsweise an dem ersten elektrisch leitfähigen Element oder dem zweiten elektrisch leitfähigen Element aufgetragen und anschließend bei Raumtemperatur getrocknet, wobei das Ethanol durch Verdampfen entfernt wird.The flowable mixture is preferably applied to the first electrically conductive element or the second electrically conductive element and then dried at room temperature, the ethanol being removed by evaporation.
Alternativ zu einem Versetzen des Bindematerials und insbesondere weiterer Komponenten mit einem Lösungsmittel und einem anschließenden Entfernen des Lösungsmittels durch Verdampfen kann vorgesehen sein, dass das intumeszente Material durch eine Aushärtung, beispielsweise aktiviert durch UV(ultraviolett)-Bestrahlung, hergestellt ist und/oder wird.As an alternative to adding a solvent to the binding material and in particular further components and then removing the solvent by evaporation, it can be provided that the intumescent material is and / or is produced by curing, for example activated by UV (ultraviolet) radiation.
Auch hierbei kann eines der zuvor beschriebenen Lösungsmittel oder Mischungen daraus verwendet werden.Here, too, one of the solvents described above or mixtures thereof can be used.
Ergänzend oder alternativ zu einer UV-Bestrahlungs-aktivierten Aushärtung kann auch eine thermisch-aktivierte Aushärtung, beispielsweise bei Temperaturen von weniger als ungefähr 60 °C, durchgeführt werden.In addition to or as an alternative to UV radiation-activated curing, thermally activated curing, for example at temperatures of less than approximately 60 ° C., can also be carried out.
Vorzugsweise reagieren mehrere, beispielsweise zwei, Komponenten unter Bildung des Bindematerials.Preferably several, for example two, components react to form the binding material.
Durch die thermisch-aktivierte und/oder UV-Bestrahlungs-aktivierte Aushärtung kann eine Aushärtereaktion der Komponenten zu dem Bindematerial stattfinden, es kommt jedoch nicht zu einem unerwünschten vorzeitigen Auslösen des intumeszenten Materials oder Präkursoren davon.Due to the thermally activated and / or UV radiation activated curing, a curing reaction of the components to the binding material can take place, but there is no undesired premature release of the intumescent material or precursors thereof.
Beispielsweise eignen sich folgende Komponenten für eine UV-Bestrahlungs-aktivierten Aushärtung zu dem Bindematerial des intumeszenten Materials:
- - ein Isocyanat und ein Polyol, wobei bei einer Aushärtereaktion durch eine Polyadditionsreaktion ein Polyurethan entsteht;
- - ein Isocyanat und ein Amin, wobei bei einer Aushärtereaktion durch eine Polyadditionsreaktion ein Polyharnstoff entsteht;
- - ein erstes Präpolymer, insbesondere hergestellt durch eine Kondensationsreaktion von Verbindungen mit einer Epoxygruppe, beispielsweise Epichlorhydrin, und Bisphenolen, Novolaken oder Aminen, und ein Anhydrid, beispielsweise Phthalsäureanhydrid oder Tetrahydrophthalsäureanhydrid, wobei bei einer Aushärtereaktion durch eine Polyadditionsreaktion ein Polyepoxid entsteht;
- - ein erstes Präpolymer, beispielsweise hergestellt durch eine Kondensationsreaktion von Verbindungen mit einer Epoxygruppe, beispielsweise Epichlorhydrin, und Bisphenolen, Novolaken oder Aminen, und ein Amin, beispielsweise Diethylentriamin, Isophorondiamin oder 4,4'-Diaminodiphenylmethan, wobei bei einer Aushärtereaktion durch eine Polyadditionsreaktion ein Polyepoxid entsteht.
- - An isocyanate and a polyol, a polyurethane being formed during a curing reaction through a polyaddition reaction;
- an isocyanate and an amine, a polyurea being formed in a curing reaction by a polyaddition reaction;
- a first prepolymer, in particular produced by a condensation reaction of compounds with an epoxy group, for example epichlorohydrin, and bisphenols, novolaks or amines, and an anhydride, for example phthalic anhydride or tetrahydrophthalic anhydride, a polyepoxide being formed in a curing reaction by a polyaddition reaction;
- - A first prepolymer, for example prepared by a condensation reaction of compounds with an epoxy group, for example epichlorohydrin, and bisphenols, novolaks or amines, and an amine, for example diethylenetriamine, isophoronediamine or 4,4'-diaminodiphenylmethane, with a curing reaction by a polyaddition reaction Polyepoxide is formed.
Alternativ können auch weitere Stoffe, beispielsweise niedermolekulare Polymere mit einer C-C-Doppelbindung, UV-Monomere mit einer C-C-Doppelbindung und Fotoinitiatoren, in einer UV-Bestrahlungs-induzierten Aushärtung verwendet werden.Alternatively, other substances, for example low molecular weight polymers with a C-C double bond, UV monomers with a C-C double bond and photoinitiators, can be used in a UV-radiation-induced curing.
Durch die Verwendung eines UV-härtbaren Systems und/oder eines Systems, welches insbesondere bei Temperaturen von weniger als ungefähr 60 °C zu dem Bindematerial ausgehärtet werden kann, kann ein intumeszentes Material mit geringer Auslösetemperatur hergestellt werden. Ein unbeabsichtigtes Auslösen des intumeszenten Materials oder Präkursoren davon kann vermieden werden.By using a UV-curable system and / or a system which can be cured to the binding material, in particular at temperatures of less than approximately 60 ° C., an intumescent material with a low release temperature can be produced. Unintentional triggering of the intumescent material or precursors thereof can be avoided.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das intumeszente Material ein oder mehrere elektrisch leitfähige Additive umfasst. Das eine oder die mehreren elektrisch leitfähigen Additive bilden bei einem Auslösen des intumeszenten Materials vorzugsweise ein Perkolationsnetzwerk und optimieren so die elektrische Leitfähigkeit des intumeszenten Materials im ausgelösten Zustand.It can be advantageous if the intumescent material comprises one or more electrically conductive additives. One or more When the intumescent material is triggered, electrically conductive additives preferably form a percolation network and thus optimize the electrical conductivity of the intumescent material in the triggered state.
Vorzugsweise beträgt ein Anteil des einen oder der mehreren elektrisch leitfähigen Additive an dem intumeszenten Material ungefähr 40 Gew.-% oder mehr und/oder ungefähr 95 Gew.-% oder weniger, bezogen auf die Gesamtmasse des intumeszenten Materials.A proportion of the one or more electrically conductive additives in the intumescent material is preferably approximately 40% by weight or more and / or approximately 95% by weight or less, based on the total mass of the intumescent material.
Insbesondere beträgt der Anteil des einen oder der mehreren elektrisch leitfähigen Additive an dem intumeszenten Material ungefähr 50 Gew.-% oder mehr und/oder ungefähr 90 Gew.-% oder weniger, bezogen auf die Gesamtmasse des intumeszenten Materials.In particular, the proportion of the one or more electrically conductive additives in the intumescent material is approximately 50% by weight or more and / or approximately 90% by weight or less, based on the total mass of the intumescent material.
In Ausführungsformen, in welchen die Auslösevorrichtung und/oder das intumeszente Material eine verringerte elektrische Leitfähigkeit im ausgelösten Zustand und/oder einen erhöhten elektrischen Widerstand im ausgelösten Zustand aufweisen sollen und/oder in welchen die Auslösevorrichtung und/oder das intumeszente Material im ausgelösten Zustand elektrisch isolierend sein sollen, wird vorzugsweise ein geringerer Anteil elektrisch leitfähiger Additive, vorzugsweise mindestens ungefähr 5 Gew.-% weniger, beispielsweise mindestens ungefähr 10 Gew.-% weniger, als zuvor beschrieben eingesetzt. So kann eine Anzahl elektrischer Leitpfade durch das intumeszente Material verringert werden.In embodiments in which the triggering device and / or the intumescent material should have a reduced electrical conductivity in the triggered state and / or an increased electrical resistance in the triggered state and / or in which the triggering device and / or the intumescent material in the triggered state are electrically insulating should be, preferably a smaller proportion of electrically conductive additives, preferably at least about 5 wt .-% less, for example at least about 10 wt .-% less, than described above is used. In this way, a number of electrical conduction paths through the intumescent material can be reduced.
Alternativ kann auf die Verwendung elektrisch leitfähiger Additive vollständig verzichtet werden, so dass das intumeszente Material keine elektrisch leitfähigen Additive aufweist.Alternatively, the use of electrically conductive additives can be completely dispensed with, so that the intumescent material does not have any electrically conductive additives.
Das eine oder die mehreren elektrisch leitfähigen Additive sind vorzugsweise ausgewählt aus einem oder mehreren der folgenden Materialien: ein oder mehrere Kohlenstoff-basierte Materialien, ein oder mehrere metallische Pulver, ein oder mehrere elektrisch leitfähige keramische Materialien und ein oder mehrere elektrisch leitfähige Polymermaterialien.The one or more electrically conductive additives are preferably selected from one or more of the following materials: one or more carbon-based materials, one or more metallic powders, one or more electrically conductive ceramic materials and one or more electrically conductive polymer materials.
Ein bevorzugtes Kohlenstoff-basiertes Material/bevorzugte Kohlenstoff-basierte Materialien sind Leitruß, Graphit, Graphen, Kohlenstoffnanoröhren, Kohlenstofffasern und/oder Kohlenstoffnanozwiebeln.A preferred carbon-based material / preferred carbon-based materials are carbon black, graphite, graphene, carbon nanotubes, carbon fibers and / or carbon nanobulbs.
Kohlenstofffasern bilden vorzugsweise ein Faseradditiv. Kohlenstofffasern können eine Haftung des intumeszenten Materials auf einer Oberfläche verbessern. Ferner dienen Kohlenstofffasern insbesondere einer Verbesserung einer Flexibilität des intumeszenten Materials und/oder einer homogenen Expansion desselben.Carbon fibers preferably form a fiber additive. Carbon fibers can improve the adhesion of the intumescent material to a surface. Furthermore, carbon fibers serve, in particular, to improve the flexibility of the intumescent material and / or a homogeneous expansion of the same.
Als metallische(s) Pulver sind Pulver aus Aluminium, Kupfer, Titan, Eisen und/oder Silber und/oder Legierungen davon bevorzugt.Powders of aluminum, copper, titanium, iron and / or silver and / or alloys thereof are preferred as metallic powder (s).
Als metallische(s) Pulver können auch Metall-beschichtete Metallpartikel, beispielsweise Silber-beschichtete Aluminiumpartikel, verwendet werden.Metal-coated metal particles, for example silver-coated aluminum particles, can also be used as metallic powder.
Als elektrisch leitfähige(s) keramische(s) Material(ien) werden vorzugsweise Nitride oder Carbide und/oder Mischungen daraus eingesetzt.Nitrides or carbides and / or mixtures thereof are preferably used as electrically conductive ceramic material (s).
Ein bevorzugtes elektrisch leitfähiges Polymermaterial/bevorzugte elektrisch leitfähige Polymermaterialien sind trans-Polyacetylen, Polypyrrol, Polyanilin, Poly-(p-phenylen), Polythiophen, Polystyrolsulfonat-dotiertes Poly-3,4-ethylen-dioxythiophen (PEDOT: PSS) und/oder Mischungen daraus.A preferred electrically conductive polymer material / preferred electrically conductive polymer materials are trans-polyacetylene, polypyrrole, polyaniline, poly (p-phenylene), polythiophene, polystyrene sulfonate-doped poly-3,4-ethylene-dioxythiophene (PEDOT: PSS) and / or mixtures from it.
Eine mittlere Partikelgröße D50 von Partikeln eines als elektrisch leitfähiges Additiv verwendeten metallischen Pulvers liegt insbesondere bei ungefähr 5 µm oder mehr und/oder bei ungefähr 30 µm oder weniger, beispielsweise bei ungefähr 18 µm.An average particle size D 50 of particles of a metallic powder used as an electrically conductive additive is in particular approximately 5 μm or more and / or approximately 30 μm or less, for example approximately 18 μm.
Ein Anteil des metallischen Pulvers liegt vorzugsweise bei ungefähr 40 Gew.-% oder mehr und/oder bei ungefähr 90 Gew.-% oder weniger, insbesondere bei ungefähr 60 Gew.-% oder mehr und/oder bei ungefähr 70 Gew.-% oder weniger, jeweils bezogen auf die Gesamtmasse des intumeszenten Materials.A proportion of the metallic powder is preferably about 40% by weight or more and / or about 90% by weight or less, in particular about 60% by weight or more and / or about 70% by weight or less, in each case based on the total mass of the intumescent material.
Als Leitruß wird vorzugsweise ein Leitruß mit einer mittleren Partikelgröße D50 von ungefähr 5 nm oder mehr und/oder von ungefähr 15 nm oder weniger, beispielsweise von ungefähr 10 nm, verwendet. So kann eine Perkolation zwischen größeren Partikeln verbessert werden.A conductive carbon black with a mean particle size D 50 of approximately 5 nm or more and / or of approximately 15 nm or less, for example approximately 10 nm, is preferably used as the conductive carbon black. In this way, percolation between larger particles can be improved.
Ein Anteil des Leitrußes liegt vorzugsweise bei ungefähr 0,01 Gew.-% oder mehr und/oder bei ungefähr 5 Gew.-% oder weniger, insbesondere bei ungefähr 0,5 Gew.-% oder mehr und/oder ungefähr 1,5 Gew.-% oder weniger, jeweils bezogen auf die Gesamtmasse des intumeszenten Materials.A proportion of the conductive carbon black is preferably approximately 0.01% by weight or more and / or approximately 5% by weight or less, in particular approximately 0.5% by weight or more and / or approximately 1.5% by weight .-% or less, in each case based on the total mass of the intumescent material.
In Ausführungsformen, in welchen Graphit eingesetzt wird, hat sich Graphit mit einer mittleren Partikelgröße D50 von ungefähr 2 µm oder mehr und/oder von ungefähr 5 µm oder weniger, beispielsweise von ungefähr 3,4 µm, als besonders bevorzugt herausgestellt.In embodiments in which graphite is used, graphite with a mean particle size D 50 of approximately 2 μm or more and / or of approximately 5 μm or less, for example of approximately 3.4 μm, has proven to be particularly preferred.
Ein Anteil des Graphits beträgt vorzugsweise ungefähr 0,1 Gew.-% oder mehr und/oder ungefähr 10 Gew.-% oder weniger, insbesondere ungefähr 1 Gew.-% oder mehr und/oder ungefähr 5 Gew.-% oder weniger, jeweils bezogen auf die Gesamtmasse des intumeszenten Materials.A proportion of the graphite is preferably about 0.1 % By weight or more and / or about 10% by weight or less, in particular about 1% by weight or more and / or about 5% by weight or less, in each case based on the total mass of the intumescent material.
Graphit erleichtert vorzugsweise ein Auslösen des intumeszenten Materials und/oder wirkt als „innerer Schmierstoff“.Graphite preferably facilitates the release of the intumescent material and / or acts as an “internal lubricant”.
Vorzugsweise umfasst das intumeszente Material folgende Materialien oder ist daraus gebildet:
- - ein Treibmaterial in Form von expandierbaren Mikrokapseln;
- - ein Bindematerial in Form einer Mischung aus einem Bindemittel, insbesondere Polyvinylpyrrolidon, und einem Weichmacher, insbesondere Polyethylenoxid; und
- - elektrisch leitfähige Additive in Form von Kohlenstofffasern, Silber-beschichteten Aluminiumpartikeln, Graphit und Leitruß.
- - a propellant material in the form of expandable microcapsules;
- a binding material in the form of a mixture of a binding agent, in particular polyvinylpyrrolidone, and a plasticizer, in particular polyethylene oxide; and
- - electrically conductive additives in the form of carbon fibers, silver-coated aluminum particles, graphite and carbon black.
Das als Weichmacher verwendete Polyethylenoxid wird auch als Polyethylenglykol bezeichnet.The polyethylene oxide used as a plasticizer is also known as polyethylene glycol.
Als Kohlenstofffasern werden vorzugsweise Kurzfasern verwendet, welche insbesondere eine durchschnittliche Länge von ungefähr 0,01 mm bis ungefähr 10 mm.Short fibers are preferably used as carbon fibers, which in particular have an average length of approximately 0.01 mm to approximately 10 mm.
Die Kohlenstofffasern sind vorzugsweise mit einem Anteil von ungefähr 1 Gew.-% oder mehr und/oder von ungefähr 50 Gew.-% oder weniger, bezogen auf die Gesamtmasse des intumeszenten Materials, in dem intumeszenten Material enthalten.The carbon fibers are preferably contained in the intumescent material in a proportion of approximately 1% by weight or more and / or approximately 50% by weight or less, based on the total mass of the intumescent material.
Es kann vorgesehen sein, dass das intumeszente Material eine intumeszente Zusammensetzung und ein exotherm reagierendes Material umfasst.It can be provided that the intumescent material comprises an intumescent composition and an exothermically reacting material.
Das exotherm reagierende Material reagiert vorzugsweise bei einer Reaktionstemperatur im Bereich der Auslösetemperatur des intumeszenten Materials, also beispielsweise bei mindestens ungefähr 60 °C und/oder höchstens ungefähr 120 °C, exotherm.The exothermic reacting material preferably reacts exothermically at a reaction temperature in the range of the release temperature of the intumescent material, for example at least approximately 60 ° C. and / or at most approximately 120 ° C.
Aufgrund einer bei der exothermen Reaktion freigesetzten thermischen Energie ist das intumeszente Material insbesondere auf eine Auslösetemperatur der intumeszenten Zusammensetzung erwärmbar und/oder wird erwärmt.Due to the thermal energy released during the exothermic reaction, the intumescent material can be heated and / or is heated in particular to a trigger temperature of the intumescent composition.
Die intumeszente Zusammensetzung kann eine Auslösetemperatur aufweisen, welche oberhalb der Auslösetemperatur des intumeszenten Materials liegt.The intumescent composition can have a release temperature which is above the release temperature of the intumescent material.
Bei einem Erreichen der Auslösetemperatur des intumeszenten Materials kommt es vorzugsweise zunächst zu einer exothermen Reaktion des exotherm reagierenden Materials. Bei der exothermen Reaktion wird thermische Energie freigesetzt, durch welche das intumeszente Material zumindest auf eine Auslösetemperatur der intumeszenten Zusammensetzung erwärmt wird. Durch das Erreichen der Auslösetemperatur wird ein Auslösen der intumeszenten Zusammensetzung herbeigeführt und es kommt zu einem Auslösen des intumeszenten Materials als Ganzes.When the release temperature of the intumescent material is reached, an exothermic reaction of the exothermic reacting material preferably occurs first. During the exothermic reaction, thermal energy is released, by means of which the intumescent material is heated at least to a trigger temperature of the intumescent composition. When the triggering temperature is reached, the intumescent composition is triggered and the intumescent material as a whole is triggered.
In Ausführungsformen, in welchen das intumeszente Material eine intumeszente Zusammensetzung und ein exotherm reagierendes Material umfasst, bezeichnet der ausgelöste Zustand des intumeszenten Materials insbesondere auch den ausgelösten Zustand der intumeszenten Zusammensetzung.In embodiments in which the intumescent material comprises an intumescent composition and an exothermically reacting material, the triggered state of the intumescent material in particular also designates the triggered state of the intumescent composition.
Beispielsweise ist die intumeszente Zusammensetzung eine Mischung aus
- - einem Katalysator, beispielsweise Ammoniumpolyphosphat, Monoammoniumphosphat, Diammoniumphosphat, Melaminphosphat, Melaminpolyphosphat, Melaminpyrophosphat, Guanylharnstoffphosphat, Harnstoffphosphat und/oder Ammoniumtetraborat;
- - einer Kohlenstoffquelle, beispielsweise einem polyfunktionellen Alkohol, einem Kohlenhydrat, einem Protein und/oder Stärke;
- - einem Treibmittel, beispielsweise einem Amin, einem Amid und/oder Chlorparaffin; und
- - einem Binder, beispielsweise einem thermoplastischen Polymermaterial, einem duroplastischen Polymermaterial und/oder einem elastomeren Polymermaterial.
- a catalyst, for example ammonium polyphosphate, monoammonium phosphate, diammonium phosphate, melamine phosphate, melamine polyphosphate, melamine pyrophosphate, guanyl urea phosphate, urea phosphate and / or ammonium tetraborate;
- - a carbon source, for example a polyfunctional alcohol, a carbohydrate, a protein and / or starch;
- - A propellant, for example an amine, an amide and / or chlorinated paraffin; and
- - A binder, for example a thermoplastic polymer material, a thermosetting polymer material and / or an elastomeric polymer material.
Alternativ können auch sogenannte „3-in-1-Systeme“ als intumeszente Zusammensetzung verwendet werden, in welchen ein einzelner Inhaltsstoff mehrere der genannten Funktionen erfüllt. Beispielsweise kann die intumeszente Zusammensetzung Natriumsilikat oder eine Schichtstruktur mit eingelagerten Verbindungen in den Zwischenschichten, beispielsweise Blähgraphit, Schichtsilikate, MXene (M: Übergangsmetall), Bornitrid oder R2Ti3O7-Verbindungen (R: H, Li, Na, K oder NH4), umfassen oder daraus gebildet sein.Alternatively, so-called “3-in-1 systems” can also be used as intumescent compositions in which a single ingredient fulfills several of the functions mentioned. For example, the intumescent composition can be sodium silicate or a layer structure with embedded compounds in the intermediate layers, for example expandable graphite, sheet silicates, MXene (M: transition metal), boron nitride or R 2 Ti 3 O 7 compounds (R: H, Li, Na, K or NH 4 ), include or be formed from it.
Bei „MXenen“ handelt es sich um zweidimensionale anorganische Verbindungen, welche Strukturen aus wenigen Atomlagen dicken Schichten aus Übergangsmetall-Carbiden, Übergangsmetall-Nitriden, oder Übergangsmetall-Carbonitriden umfassen oder daraus gebildet sind."MXenes" are two-dimensional inorganic compounds, which structures made up of layers of transition metal carbides, transition metal nitrides, or transition metal carbonitrides, which are a few atomic layers thick, comprise or are formed from them.
Alternativ zu den beschriebenen intumeszenten Zusammensetzungen kann vorgesehen sein, dass die intumeszente Zusammensetzung gemäß den zuvor beschriebenen Ausführungsformen des intumeszenten Materials ausgebildet ist.As an alternative to the described intumescent compositions, it can be provided that the intumescent composition according to the previously described embodiments of the intumescent material is formed.
Das exotherm reagierende Material umfasst vorzugsweise eine oder mehrere der folgenden Substanzen oder ist daraus gebildet: Azodicarboxamid, Oxydi(benzolsulfonohydrazid), p-Toluolsulfonylhydrazid, Toluolsulfonylsemicarbazid und Benzolsulfonhydrazid.The exothermic reacting material preferably comprises one or more of the following substances or is formed therefrom: azodicarboxamide, oxydi (benzenesulfonohydrazide), p-toluenesulfonylhydrazide, toluenesulfonylsemicarbazide and benzenesulfonohydrazide.
Beispielsweise zersetzt sich das exotherm reagierende Material bei einer Reaktionstemperatur, welche im Wesentlichen der Auslösetemperatur des intumeszenten Materials entspricht.For example, the exothermic reacting material decomposes at a reaction temperature which essentially corresponds to the release temperature of the intumescent material.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das intumeszente Material eine spezifische Wärmeleitfähigkeit von ungefähr 0,5 W/(m.K) oder mehr aufweist. Dies kann Wärmeinhomogenitäten innerhalb des intumeszenten Materials verringern, wodurch insbesondere ein gleichmäßiges Auslösen des intumeszenten Materials erfolgt.It can be advantageous if the intumescent material has a specific thermal conductivity of approximately 0.5 W / (m.K) or more. This can reduce heat inhomogeneities within the intumescent material, which in particular results in a uniform release of the intumescent material.
Es kann vorgesehen sein, dass das intumeszente Material ein oder mehrere Wärmeleitadditive umfasst. Das eine oder die mehreren Wärmeleitadditive weisen vorzugsweise eine spezifische Wärmeleitfähigkeit von ungefähr 5 W/(m·K) oder mehr auf.It can be provided that the intumescent material comprises one or more heat-conducting additives. The one or more heat conduction additives preferably have a specific heat conductivity of approximately 5 W / (m · K) or more.
Günstig kann es sein, wenn das eine oder die mehreren Wärmeleitadditive pulverförmig und/oder partikuläre Materialien sind. Dies kann eine vereinfachte Handhabung und/oder Dosierung ermöglichen.It can be favorable if the one or more heat-conducting additives are powdery and / or particulate materials. This can enable simplified handling and / or dosing.
Beispielsweise sind das eine oder die mehreren Wärmeleitadditive keramische Materialien.For example, the one or more heat-conducting additives are ceramic materials.
Ein bevorzugtes keramisches Material/bevorzugte keramische Materialien sind Bornitrid, Aluminiumoxid und/oder Aluminiumnitrid und/oder Mischungen daraus.A preferred ceramic material / preferred ceramic materials are boron nitride, aluminum oxide and / or aluminum nitride and / or mixtures thereof.
Durch die Verwendung eines oder mehrerer Wärmeleitadditive können Wärmeinhomogenitäten innerhalb des intumeszenten Materials verringert werden, so dass ein homogenes Auslösen des intumeszenten Materials ermöglicht werden kann.By using one or more heat conduction additives, heat inhomogeneities within the intumescent material can be reduced, so that a homogeneous release of the intumescent material can be made possible.
Es kann vorgesehen sein, dass das intumeszente Material einen oder mehrere anorganische Füllstoffe, beispielsweise Siliziumdioxid, Titandioxid, Kreide und/oder Mischungen daraus, umfasst.It can be provided that the intumescent material comprises one or more inorganic fillers, for example silicon dioxide, titanium dioxide, chalk and / or mixtures thereof.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Verhältnis des Volumens der Auslösevorrichtung nach dem Auslösen des intumeszenten Materials bei einer Temperatur von 50 K über der Auslösetemperatur zu dem Volumen der Auslösevorrichtung vor dem Auslösen des intumeszenten Materials bei einer Temperatur von 50 K unter der Auslösetemperatur mindestens 5:1, insbesondere mindestens 100:1, besonders bevorzugt mindestens 200:1, beträgt.In a preferred embodiment of the invention it is provided that the ratio of the volume of the release device after the release of the intumescent material at a temperature of 50 K above the release temperature to the volume of the release device before the release of the intumescent material at a temperature of 50 K below the Trigger temperature is at least 5: 1, in particular at least 100: 1, particularly preferably at least 200: 1.
Ferner betrifft die Erfindung ein elektrochemisches System, welches eine oder mehrere erfindungsgemäße Temperaturdetektionsvorrichtungen umfasst.The invention also relates to an electrochemical system which comprises one or more temperature detection devices according to the invention.
Eines oder mehrere der im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Temperaturdetektionsvorrichtung beschriebenen Merkmale und/oder einer oder mehrere der im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Temperaturdetektionsvorrichtung beschriebenen Vorteile gelten für die eine oder die mehreren Temperaturdetektionsvorrichtungen des erfindungsgemäßen elektrochemischen Systems vorzugsweise gleichermaßen.One or more of the features described in connection with the temperature detection device according to the invention and / or one or more of the advantages described in connection with the temperature detection device according to the invention preferably apply equally to the one or more temperature detection devices of the electrochemical system according to the invention.
Das elektrochemische System ist beispielsweise ein Modul, welches eine oder mehrere elektrochemische Zellen umfasst.The electrochemical system is, for example, a module which comprises one or more electrochemical cells.
Zumindest eine der elektrochemischen Zellen ist vorzugsweise als eine Lithium-Ionen-Akkumulatorzelle ausgebildet.At least one of the electrochemical cells is preferably designed as a lithium-ion accumulator cell.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Zellchemie zumindest einer der elektrochemischen Zellen auf Li4Ti5O12 basiert.In particular, it can be provided that the cell chemistry of at least one of the electrochemical cells is based on Li 4 Ti 5 O 12 .
Ein solches Modul kann insbesondere als eine Energiequelle für ein Elektrofahrzeug, insbesondere ein Elektroautomobil, verwendet werden.Such a module can in particular be used as an energy source for an electric vehicle, in particular an electric automobile.
Durch die eine oder die mehreren Temperaturdetektionsvorrichtungen ist ein nicht ordnungsgemäßer Zustand, welcher mit einer Temperaturerhöhung einhergeht, einer der mehreren elektrochemischen Zellen oder des Moduls als Ganzes detektierbar.The one or more temperature detection devices can be used to detect an improper state, which is associated with an increase in temperature, of one of the plurality of electrochemical cells or of the module as a whole.
In einem Normalbetriebszustand des elektrochemischen Systems befindet sich die Auslösevorrichtung vorzugsweise im Normalzustand und/oder das intumeszente Material im nicht ausgelösten Zustand.In a normal operating state of the electrochemical system, the triggering device is preferably in the normal state and / or the intumescent material is in the non-triggered state.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.Further features and advantages of the invention are the subject matter of the following description and the graphic representation of exemplary embodiments.
Die Zeichnungen zeigen:
-
1 : eine schematische Schnittdarstellung durch eine erste Ausführungsform einer Temperaturdetektionsvorrichtung, welche eine Sensorvorrichtung bildet, wobei die Schnittebene durch ein erstes elektrisch leitfähiges Element der Temperaturdetektionsvorrichtung, ein erstes Isolationselement, ein zweites Isolationselement und ein zweites elektrisch leitfähiges Element sowie durch eine Auslösevorrichtung und ein Sensorelement verläuft, wobei sich die Auslösevorrichtung in einem Normalzustand befindet, in welchem die Auslösevorrichtung an dem ersten elektrisch leitfähigen Element festgelegt und von dem zweiten elektrisch leitfähigen Element beabstandet ist und in welchem ein Stromfluss zwischen dem ersten elektrisch leitfähigen Element und dem zweiten elektrisch leitfähigen Element unterbrochen ist; -
2 : eine der1 entsprechende schematische Darstellung der Temperaturdetektionsvorrichtung, wobei die Auslösevorrichtung sich in einem ausgelösten Zustand befindet, in welchem sich ein Volumen des intumeszenten Materials aufgrund eines Erreichens oder Übersteigens der Auslösetemperatur so weit vergrößert hat, dass die Auslösevorrichtung in elektrisch leitendem Kontakt mit dem zweiten elektrisch leitfähigen Element steht, und wobei sich das Sensorelement in einem Detektionszustand befindet, in welchem das Sensorelement einen elektrischen Kurzschlussstrom und/oder einen Spannungsabfall zwischen dem ersten elektrisch leitfähigen Element und dem zweiten elektrisch leitfähigen Element detektiert; -
3 : eine der1 entsprechende schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Temperaturdetektionsvorrichtung, bei welcher das erste elektrisch leitfähige Element und das zweite elektrisch leitfähige Element einen Bestandteil der Temperaturdetektionsvorrichtung bilden und mittels zweier Abstandhalterelemente miteinander verbunden sind, wobei sich die Auslösevorrichtung in einem Normalzustand befindet, in welchem die Auslösevorrichtung an dem zweiten elektrisch leitfähigen Element festgelegt und von dem ersten elektrisch leitfähigen Element beabstandet ist und in welchem der Stromfluss zwischen dem ersten elektrisch leitfähigen Element und dem zweiten elektrisch leitfähigen Element unterbrochen ist; -
4 : eine der3 entsprechende schematische Darstellung der Temperaturdetektionsvorrichtung, wobei die Auslösevorrichtung sich in einem ausgelösten Zustand befindet, in welchem sich ein Volumen des intumeszenten Materials aufgrund eines Erreichens oder Übersteigens der Auslösetemperatur so weit vergrößert hat, dass die Auslösevorrichtung in elektrisch leitendem Kontakt mit dem ersten elektrisch leitfähigen Element steht, und wobei das Sensorelement sich in einem Detektionszustand befindet, in welcher das Sensorelement einen elektrischen Kurzschlussstrom und/oder einen Spannungsabfall zwischen dem ersten elektrisch leitfähigen Element und dem zweiten elektrisch leitfähigen Element detektiert; -
5 eine schematische Schnittdarstellung einer dritten Ausführungsform einer Temperaturdetektionsvorrichtung, wobei die Temperaturdetektionsvorrichtung eine Schaltvorrichtung bildet, welche mit einem elektrischen Verbraucher verbunden ist, wobei die Temperaturdetektionsvorrichtung sich in einem Normalzustand befindet, in welchem ein erstes elektrisch leitfähiges Element und ein zweites elektrisch leitfähiges Element durch die Auslösevorrichtung elektrisch leitend kontaktiert sind, so dass ein Stromkreis, in welchem sich der elektrische Verbraucher befindet, geschlossen ist; -
6 eine der5 entsprechende schematische Darstellung der Temperaturdetektionsvorrichtung, wobei die Temperaturdetektionsvorrichtung sich in einem Detektionszustand befindet, in welchem eine Volumenzunahme des intumeszenten Materials erfolgt ist und aufgrund dessen das erste elektrisch leitfähige Element von dem zweiten elektrisch leitfähigen Element wegbewegt wurde, wodurch ein Stromfluss zu dem elektrischen Verbraucher unterbrochen ist; -
7 eine schematische Schnittdarstellung einer vierten Ausführungsform einer Temperaturdetektionsvorrichtung, wobei die Temperaturdetektionsvorrichtung eine Schaltvorrichtung bildet, welche mit einem elektrischen Verbraucher verbunden ist, wobei die Temperaturdetektionsvorrichtung sich in einem Normalzustand befindet, in welchem ein erstes elektrisch leitfähiges Element mittels eines weiteren elektrisch leitfähigen Elements mit einem zweiten elektrisch leitfähigen Element elektrisch leitend verbunden ist, so dass ein Stromkreis, in welchem sich ein elektrischer Verbraucher befindet, geschlossen ist; und -
8 eine der7 entsprechende schematische Darstellung der Temperaturdetektionsvorrichtung, wobei die Temperaturdetektionsvorrichtung sich in einem Detektionszustand befindet, in welchem eine Volumenzunahme des intumeszenten Materials erfolgt ist und aufgrund dessen das erste elektrisch leitfähige Element von dem weiteren elektrisch leitfähigen Element wegbewegt wurde, wodurch ein Stromfluss zu dem elektrischen Verbraucher unterbrochen ist.
-
1 : a schematic sectional illustration through a first embodiment of a temperature detection device, which forms a sensor device, wherein the sectional plane through a first electrically conductive element the temperature detection device, a first insulation element, a second insulation element and a second electrically conductive element and runs through a triggering device and a sensor element, wherein the triggering device is in a normal state in which the triggering device is fixed to the first electrically conductive element and electrically from the second conductive element is spaced and in which a current flow between the first electrically conductive element and the second electrically conductive element is interrupted; -
2 : one of the1 Corresponding schematic representation of the temperature detection device, the triggering device being in a triggered state in which a volume of the intumescent material has increased due to reaching or exceeding the triggering temperature to such an extent that the triggering device is in electrically conductive contact with the second electrically conductive element and wherein the sensor element is in a detection state in which the sensor element detects an electrical short-circuit current and / or a voltage drop between the first electrically conductive element and the second electrically conductive element; -
3 : one of the1 corresponding schematic representation of a second embodiment of the temperature detection device, in which the first electrically conductive element and the second electrically conductive element form part of the temperature detection device and are connected to one another by means of two spacer elements, the triggering device being in a normal state in which the triggering device is attached to the second electrically conductive element is set and spaced from the first electrically conductive element and in which the flow of current between the first electrically conductive element and the second electrically conductive element is interrupted; -
4th : one of the3 Corresponding schematic representation of the temperature detection device, the triggering device being in a triggered state in which a volume of the intumescent material has increased due to reaching or exceeding the triggering temperature to such an extent that the triggering device is in electrically conductive contact with the first electrically conductive element and wherein the sensor element is in a detection state in which the sensor element detects an electrical short-circuit current and / or a voltage drop between the first electrically conductive element and the second electrically conductive element; -
5 a schematic sectional view of a third embodiment of a temperature detection device, wherein the temperature detection device forms a switching device which is connected to an electrical load, wherein the temperature detection device is in a normal state in which a first electrically conductive element and a second electrically conductive element electrically through the triggering device are conductively contacted, so that a circuit in which the electrical consumer is located is closed; -
6th one of the5 Corresponding schematic representation of the temperature detection device, the temperature detection device being in a detection state in which there has been an increase in volume of the intumescent material and due to which the first electrically conductive element has been moved away from the second electrically conductive element, whereby a current flow to the electrical consumer is interrupted ; -
7th a schematic sectional view of a fourth embodiment of a temperature detection device, wherein the temperature detection device forms a switching device which is connected to an electrical load, wherein the temperature detection device is in a normal state in which a first electrically conductive element by means of a further electrically conductive element with a second electrically conductive element is electrically conductively connected, so that a circuit in which an electrical consumer is located is closed; and -
8th one of the7th Corresponding schematic representation of the temperature detection device, the temperature detection device being in a detection state in which the intumescent material has increased in volume and as a result of which the first electrically conductive element has been moved away from the further electrically conductive element, whereby a current flow to the electrical consumer is interrupted .
Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.Identical or functionally equivalent elements are denoted by the same reference symbols in all figures.
Eine in den
Die Temperaturdetektionsvorrichtung
Das erste Abstandhalterelement
Das erste Abstandhalterelement
Vorliegend sind das erste elektrisch leitfähige Element
Vorzugsweise umfassen das erste elektrisch leitfähige Element
Ergänzend oder alternativ kann vorgesehen sein, dass das erste elektrisch leitfähige Element
Das erste elektrisch leitfähige Element
Das erste Abstandhalterelement
Das zweite Abstandhalterelement
Insbesondere ist eine Einheit aus dem ersten elektrisch leitfähigen Element
Die genannte Einheit kann dann mittels des ersten Verbindungsmaterials
Das zweite elektrisch leitfähige Element
Durch die Anbindung der Temperaturdetektionsvorrichtung
Das erste Verbindungsmaterial
Beispielsweise sind das erste Verbindungsmaterial
Alternativ dazu, dass das erste Verbindungsmaterial
Das erste elektrisch leitfähige Element
Die Temperaturdetektionsvorrichtung
In dem in
Die Auslösevorrichtung
Das intumeszente Material
Ein Abstand
Ein Betrag des Abstands
Insbesondere ist eine Kriechstrecke längs einer Oberfläche des ersten Abstandhalterelements
Vorzugsweise bilden das erste Abstandhalterelement
Das zweite Abstandhalterelement
Vorteilhaft kann es sein, wenn das intumeszente Material
Ein Anteil des Bindematerials an dem intumeszenten Material
Als Bindemittel hat sich Polyvinylpyrrolidon als besonders bevorzugt erwiesen. Ein bevorzugter Weichmacher ist Polyethylenoxid. Der Weichmacher verhindert insbesondere eine Rissbildung und/oder ein Zerfallen des intumeszenten Materials
Vorteilhaft kann es sein, wenn das intumeszente Material
Die expandierbaren Mikrokapseln weisen vorzugsweise einen mittleren Durchmesser von ungefähr 5 µm oder mehr und/oder von ungefähr 50 µm oder weniger auf.The expandable microcapsules preferably have an average diameter of approximately 5 μm or more and / or of approximately 50 μm or less.
Vorzugsweise umfassen die expandierbaren Mikrokapseln eine Hülle aus einem thermoplastischen Polymermaterial, in welcher ein aliphatischer Kohlenwasserstoff mit einem Siedepunkt von ungefähr 50 °C oder weniger, beispielsweise Isobutan und/oder Isopentan, enthalten ist.The expandable microcapsules preferably comprise a shell made of a thermoplastic polymer material in which an aliphatic hydrocarbon with a boiling point of approximately 50 ° C. or less, for example isobutane and / or isopentane, is contained.
Expandierbare Mikrokapseln sind beispielsweise unter der Bezeichnung
Vorteilhaft kann es sein, wenn das intumeszente Material
Bevorzugte elektrisch leitfähige Additive sind eine Mischung aus Kohlenstofffasern, Graphit, Leitruß und einem metallischen Pulver, beispielsweise Silber-beschichtete Aluminiumpartikel.Preferred electrically conductive additives are a mixture of carbon fibers, graphite, conductive black and a metallic powder, for example silver-coated aluminum particles.
Die Kohlenstofffasern bilden hierbei beispielsweise ein Faseradditiv.The carbon fibers here form a fiber additive, for example.
Ein Anteil der Kohlenstofffasern an dem intumeszenten Material
Als Kohlenstofffasern werden vorzugsweise Kurzfasern verwendet.Short fibers are preferably used as carbon fibers.
Als Kurzfasern werden vorzugsweise Fasern bezeichnet, welche eine durchschnittliche Länge von ungefähr 0,01 mm bis ungefähr 10 mm.Short fibers are preferably referred to as fibers which have an average length of approximately 0.01 mm to approximately 10 mm.
Bevorzugte Kohlenstofffasern sind beispielsweise unter der Bezeichnung Donacarbo S-241 des Unternehmens ASK Chemicals, 40721 Hilden, erhältlich.Preferred carbon fibers are available, for example, under the name Donacarbo S-241 from ASK Chemicals, 40721 Hilden.
Vorzugsweise beträgt der Anteil des metallischen Pulvers an dem intumeszenten Material
Graphit wird insbesondere in einem Anteil von ungefähr 0,1 Gew.-% oder mehr und/oder von ungefähr 10 Gew.-% oder weniger, bezogen auf die Gesamtmasse des intumeszenten Materials
Beispielsweise wird Graphit mit einer mittleren Partikelgröße D50 von ungefähr 2 µm oder mehr und/oder von ungefähr 6 µm oder weniger, beispielsweise von ungefähr 3,4 µm, eingesetzt. Beispielsweise ist geeignetes Graphit unter der Bezeichnung C-NERGY™ KS6L der Imerys Graphite & Carbon Switzerland Ltd, 6804 Bironico, Schweiz, erhältlich.For example, graphite with an average particle size D 50 of approximately 2 μm or more and / or of approximately 6 μm or less, for example of approximately 3.4 μm, is used. For example, suitable graphite is available under the name C-NERGY ™ KS6L from Imerys Graphite & Carbon Switzerland Ltd, 6804 Bironico, Switzerland.
Graphit kann expansionshemmende Eigenschaften des Leitrußes kompensieren.Graphite can compensate for the expansion-inhibiting properties of carbon black.
Vorteilhaft kann es sein, wenn Leitruß mit einer mittleren Partikelgröße D50 von ungefähr 5 nm oder mehr und/oder ungefähr 15 nm oder weniger, beispielsweise von ungefähr 10 nm, verwendet wird. Ein Anteil des Leitrußes beträgt vorzugsweise ungefähr 0,01 Gew.-% oder mehr und/oder ungefähr 5 Gew.-% oder weniger, bezogen auf die Gesamtmasse des intumeszenten Materials
Leitruß ist beispielsweise unter der Bezeichnung C-NERGY™ Super
Partikel des metallischen Pulvers weisen vorzugsweise eine mittlere Partikelgröße D50 von ungefähr 15 µm oder mehr und/oder von ungefähr 20 µm oder weniger, beispielsweise von ungefähr 18 µm, auf.Particles of the metallic powder preferably have a mean particle size D 50 of approximately 15 μm or more and / or of approximately 20 μm or less, for example of approximately 18 μm.
Ein Anteil des metallischen Pulvers liegt vorzugsweise bei ungefähr 40 Gew.-% oder mehr und/oder bei ungefähr 90 Gew.-% oder weniger, bezogen auf die Gesamtmasse des intumeszenten Materials
Silber-beschichtete Aluminiumpartikel mit einer mittleren Partikelgröße D50 von ungefähr 18 µm sind beispielsweise unter der Bezeichnung eConduct AI
Zur Herstellung des intumeszenten Materials wird vorzugsweise zunächst eine Bindematerialmischung aus Bindemittel, einem Weichmacher und einem Lösungsmittel hergestellt.To produce the intumescent material, a binding material mixture of binding agent, a plasticizer and a solvent is preferably first produced.
Anschließend wird die Bindematerialmischung mit einem oder mehreren elektrisch leitfähigen Additiven vermischt, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme weiteren Lösungsmittels, so dass eine homogene fließfähige Mischung entsteht.The binding material mixture is then mixed with one or more electrically conductive additives, optionally with the aid of further solvents, so that a homogeneous, flowable mixture is produced.
Anschließend wird die fließfähige Mischung an dem und/oder auf das erste elektrisch leitfähige Element
Alternativ zu dem beschriebenen Bindemittel können folgende Substanzen als Bindemittel verwendet werden: ein oder mehrere thermoplastische Polymermaterialien, ein oder mehrere duroplastische Polymermaterialien und/oder ein oder mehrere elastomere Polymermaterialien.As an alternative to the binder described, the following substances can be used as binders: one or more thermoplastic polymer materials, one or more thermosetting polymer materials and / or one or more elastomeric polymer materials.
Als thermoplastisches Polymermaterial/thermoplastische Polymermaterialien können neben Polyvinylpyrrolidon auch eines oder mehrere der folgenden Materialien verwendet werden: Cellulose und/oder Cellulose-Derivate, beispielsweise Carboxymethylcellulose, Polyacrylsäure, Polyacrylat und/oder Polyacrylat-Derivate, Polyvinylalkohol, Polyvinylacetat, Polyethylenoxid, Polyacrylnitril, Polymethylmethacrylat, Polyvinylidenfluorid und/oder thermoplastisches Polyurethan.In addition to polyvinylpyrrolidone, one or more of the following materials can also be used as thermoplastic polymer material / thermoplastic polymer materials: cellulose and / or cellulose derivatives, for example carboxymethyl cellulose, polyacrylic acid, polyacrylate and / or polyacrylate derivatives, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, polyethylene oxide, polyacrylonitrile, polymethyl methacrylate, Polyvinylidene fluoride and / or thermoplastic polyurethane.
Ein bevorzugtes duroplastisches Polymermaterial/bevorzugte duroplastische Polymermaterialien sind Polyepoxid(e) und/oder duroplastische(s) Polyurethane.A preferred thermosetting polymer material / preferred thermosetting polymer materials are polyepoxide (s) and / or thermosetting polyurethane (s).
Als bevorzugtes elastomeres Polymermaterial wird Polyharnstoff als Bindemittel verwendet.As a preferred elastomeric polymer material, polyurea is used as a binder.
Je nach Auswahl des Bindemittels können folgende Lösungsmittel zur Herstellung der Bindematerialmischung verwendet werden: Dimethylsulfoxid, Ethanol, Aceton, Ethylacetat, Acetonitril, Anilin, Anisol, Benzol, Benzonitril, Isopropanol, tert-Butylmethylether, Gamma-Butyrolacton, Methylethylketon, Chlorbenzol, Chloroform, Cyclohexan, Dibutylether, Diethylether, Methyl-tert-butylether, Dimethylacetamid, Dimethylformamid, 1,4-Dioxan, Essigsäureanhydrid, Essigsäureethylester, Essigsäure, 1,2-Dichlorethan, Ethylenglykol, Ethylenglykoldimethylether, Formamid, n-Hexan, n-Heptan, Methanol, 3-Methyl-1-butanol, 2-Methyl-2-propanol, Methylenchlorid, Butanon, N-Methyl-2-pyrrolidon, N-Methylformamid, Nitrobenzol, Nitromethan, n-Pentan, Piperidin, Propanol, Propylencarbonat, Pyridin, Sulfanol, Tetrachlorethen, Tetrachlorkohlenstoff, Tetrahydrofuran, Toluol, 1,1,1-Trichlorethan, Trichlorethen, Triethylamin, Triethylenglykol, Triethylenglykoldimethylether, Wasser oder Mischungen daraus.Depending on the selection of the binding agent, the following solvents can be used to produce the binding material mixture: dimethyl sulfoxide, ethanol, acetone, ethyl acetate, acetonitrile, aniline, anisole, benzene, benzonitrile, isopropanol, tert-butyl methyl ether, gamma-butyrolactone, methyl ethyl ketone, chlorobenzene, chloroform, cyclohexane , Dibutyl ether, diethyl ether, methyl tert-butyl ether, dimethylacetamide, dimethylformamide, 1,4-dioxane, acetic anhydride, ethyl acetate, acetic acid, 1,2-dichloroethane, ethylene glycol, ethylene glycol dimethyl ether, formamide, n-hexane, n-heptane, methanol, 3- Methyl-1-butanol, 2-methyl-2-propanol, methylene chloride, butanone, N-methyl-2-pyrrolidone, N-methylformamide, nitrobenzene, nitromethane, n-pentane, piperidine, propanol, propylene carbonate, pyridine, sulfanol, tetrachlorethylene, Carbon tetrachloride, tetrahydrofuran, toluene, 1,1,1-trichloroethane, trichloroethene, triethylamine, triethylene glycol, triethylene glycol dimethyl ether, water or mixtures thereof.
Alternativ zu einer Bildung des intumeszenten Materials
Hierzu werden bevorzugt Zwei-Komponenten-Systeme verwendet, welche bei einem Vermischen der Komponenten zu dem Bindematerial reagieren.For this purpose, two-component systems are preferably used which react when the components are mixed to form the binding material.
Ein Isocyanat und ein Polyol können in einer UV-Bestrahlungs-induzierten Aushärtereaktion durch eine Polyadditionsreaktion zu einem Polyurethan reagieren.An isocyanate and a polyol can react in a curing reaction induced by UV radiation by means of a polyaddition reaction to form a polyurethane.
Es kann ein Isocyanat und ein Amin in einer UV-Bestrahlungs-induzierten Aushärtereaktion durch eine Polyadditionsreaktion zu einem Polyharnstoff reagieren.An isocyanate and an amine can react in a curing reaction induced by UV radiation by means of a polyaddition reaction to form a polyurea.
Ein erstes Präpolymer kann mit einem Anhydrid in einer UV-Bestrahlungs-induzierten Aushärtereaktion in einer Polyadditionsreaktion zu einem Polyepoxid reagieren.A first prepolymer can react with an anhydride in a curing reaction induced by UV radiation in a polyaddition reaction to form a polyepoxide.
Das erste Präpolymer ist insbesondere hergestellt durch eine Kondensationsreaktion von Verbindungen mit einer Epoxygruppe, beispielsweise Epichlorhydrin, und Bisphenolen, Novolaken oder Aminen.In particular, the first prepolymer is produced by a condensation reaction of compounds having an epoxy group, for example epichlorohydrin, and bisphenols, novolaks or amines.
Als Anhydrid sind Phthalsäureanhydrid oder Tetrahydrophthalsäureanhydrid bevorzugt.Phthalic anhydride or tetrahydrophthalic anhydride are preferred as the anhydride.
Alternativ kann das erste Präpolymer mit einem Amin in einer UV-Bestrahlungs-induzierten Aushärtereaktion in einer Polyadditionsreaktion zu einem Polyepoxid reagieren.Alternatively, the first prepolymer can react with an amine in a UV-radiation-induced curing reaction in a polyaddition reaction to form a polyepoxide.
Als Amin kann beispielsweise Diethylentriamin, Isophorondiamin oder 4,4'-Diaminodiphenylmethan verwendet werden.Diethylenetriamine, isophoronediamine or 4,4'-diaminodiphenylmethane, for example, can be used as the amine.
Bei jeder der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass das intumeszente Material
In Ausführungsformen, in welchen ein exotherm reagierendes Material in dem intumeszenten Material
Die intumeszente Zusammensetzung umfasst vorzugsweise einen Katalysator, eine Kohlenstoffquelle, ein Bindemittel und ein Treibmittel.The intumescent composition preferably comprises a catalyst, a carbon source, a binder and a propellant.
Als Katalysator kann beispielsweise ein Ammoniumpolyphosphat, Monoammoniumphosphat, Diammoniumphosphat, Melaminphosphat, Melaminpolyphosphat, Melaminpyrophosphat, Guanylharnstoffphosphat, Harnstoffphosphat und/oder Ammoniumtetraborat verwendet werden.For example, an ammonium polyphosphate, monoammonium phosphate, diammonium phosphate, melamine phosphate, melamine polyphosphate, melamine pyrophosphate, guanyl urea phosphate, urea phosphate and / or ammonium tetraborate can be used as the catalyst.
Als Kohlenstoffquelle kann beispielsweise ein polyfunktioneller Alkohol, ein Kohlenhydrat, ein Protein und/oder Stärke verwendet werden.For example, a polyfunctional alcohol, a carbohydrate, a protein and / or starch can be used as the carbon source.
Als Treibmittel kann beispielsweise ein Amin, ein Amid und/oder ein Chlorparaffin verwendet werden.An amine, an amide and / or a chlorinated paraffin, for example, can be used as the blowing agent.
Als Bindemittel kann beispielsweise ein Thermoplast, ein Duroplast und/oder ein Elastomer verwendet werden.A thermoplastic, a thermosetting plastic and / or an elastomer, for example, can be used as the binding agent.
Es können auch sogenannte „3-in-l-Systeme“ als intumeszente Zusammensetzung verwendet werden, in welchen ein Bestandteil drei Funktionen innehat.So-called “3-in-1 systems” can also be used as intumescent compositions in which one component has three functions.
Beispielsweise kann die intumeszente Zusammensetzung Natriumsilikat oder Schichtstrukturen mit eingelagerten Verbindungen in den Zwischenschichten, beispielsweise Blähgraphit, Schichtsilikate, MXene (M: Übergangsmetall), Bornitrid oder R2Ti3O7-Verbindungen (R: H, Li, Na, K oder NH4), umfassen oder daraus gebildet sein.For example, the intumescent composition can be sodium silicate or layer structures with embedded compounds in the intermediate layers, for example expandable graphite, layered silicates, MXene (M: transition metal), boron nitride or R 2 Ti 3 O 7 compounds (R: H, Li, Na, K or NH 4 ), include or be formed from it.
Als exotherm reagierendes Material können eine oder mehrere der folgenden Substanzen verwendet werden: Azodicarboxamid, Oxydi(benzolsulfonohydrazid), p-Toluolsulfonylhydrazid, Toluolsulfonylsemicarbazid und Benzolsulfonhydrazid.One or more of the following substances can be used as exothermic reacting material: Azodicarboxamide, Oxydi ( benzenesulfonohydrazide), p-toluenesulfonylhydrazide, toluenesulfonylsemicarbazide and benzenesulfonhydrazide.
Ergänzend oder alternativ zu dem beschriebenen Treibmaterial kann vorgesehen sein, dass das intumeszente Material
- - eine oder mehrere organische Säuren;
- - eine oder mehrere anorganische Säuren;
- - ein oder mehrere Salze der Kohlensäure;
- - Harnstoff;
- - Hydrazin und/oder Hydrazin-Derivate;
- - eine oder mehrere Azo-Verbindungen; und
- - ein oder mehrere Azide.
- - one or more organic acids;
- - one or more inorganic acids;
- - one or more salts of carbonic acid;
- - urea;
- - hydrazine and / or hydrazine derivatives;
- - one or more azo compounds; and
- - one or more azides.
Vorzugsweise wird/werden Methansäure, Ethansäure, Propandisäure, Citronensäure, 2,3-Dihydroxybutandisäure (Weinsäure), 2-Hydroxybernsteinsäure (Äpfelsäure), Ascorbinsäure, Propensäure (Acrylsäure), Ethandisäure (Oxalsäure), trans-Butendisäure (Fumarsäure), Benzoesäure, Nicotinsäure, Abietinsäure, Ölsäure, Agaricinsäure, Maleinsäure und/oder Salicylsäure als organische Säure(n) in dem Treibmittel oder als Treibmittel verwendet.Methanoic acid, ethanoic acid, propanedioic acid, citric acid, 2,3-dihydroxybutanedioic acid (tartaric acid), 2-hydroxysuccinic acid (malic acid), ascorbic acid, propenoic acid (acrylic acid), ethanedioic acid (oxalic acid), trans-butenedioic acid (fumaric acid), benzoic acid, nicotinic acid are preferred , Abietic acid, oleic acid, agaricic acid, maleic acid and / or salicylic acid are used as organic acid (s) in the propellant or as propellant.
Eine bevorzugte anorganische Säure/bevorzugte anorganische Säuren sind Kohlensäure, Salpetersäure, Schwefelsäure und/oder Phosphorsäure.A preferred inorganic acid / preferred inorganic acids are carbonic acid, nitric acid, sulfuric acid and / or phosphoric acid.
In Ausführungsformen, in welchen Säure als Treibmittel verwendet wird, können auch ein oder mehrere Salze der entsprechenden Säure eingesetzt werden. Beispielsweise können Ammoniumsalz(e), Lithiumsalz(e), Natriumsalz(e), Kaliumsalz(e), Magnesiumsalz(e), Kalziumsalz(e), Eisensalz(e), insbesondere Eisen-II-Salz(e) und/oder Eisen-III-Salz(e), Aluminiumsalz(e), Zinksalz(e) und/oder Kupfersalz(e) verwendet werden.In embodiments in which acid is used as the propellant, one or more salts of the corresponding acid can also be used. For example, ammonium salt (s), lithium salt (s), sodium salt (s), potassium salt (s), magnesium salt (s), calcium salt (s), iron salt (s), in particular iron (II) salt (s) and / or iron III salt (s), aluminum salt (s), zinc salt (s) and / or copper salt (s) can be used.
Es kann vorgesehen sein, dass das Treibmaterial ferner einen Reaktionsbeschleuniger, beispielsweise eine oder mehrere (weitere) organische Säuren, umfasst, um eine Auslösetemperatur zu verringern.It can be provided that the propellant material further comprises a reaction accelerator, for example one or more (further) organic acids, in order to reduce a triggering temperature.
Als organische Säure(n), welche als Reaktionsbeschleuniger eingesetzt werden/wird, sind Citronensäure, Weinsäure und/oder Stearinsäure bevorzugt.Citric acid, tartaric acid and / or stearic acid are preferred as organic acid (s) which are / is used as reaction accelerators.
Bei sämtlichen zuvor beschriebenen Ausführungsformen des intumeszenten Materials
Vorzugsweise weist das intumeszente Material
Das eine oder die mehreren Wärmeleitadditive weisen vorzugsweise eine spezifische Wärmeleitfähigkeit von ungefähr 5 W/(m.K) oder mehr auf.The one or more heat conduction additives preferably have a specific heat conductivity of approximately 5 W / (m.K) or more.
Bevorzugte Wärmeleitadditive sind aus keramischen Materialien, beispielsweise Bornitrid, Aluminiumoxid und/oder Aluminiumnitrid und/oder Mischungen daraus.Preferred heat-conducting additives are made from ceramic materials, for example boron nitride, aluminum oxide and / or aluminum nitride and / or mixtures thereof.
Es kann vorgesehen sein, dass das intumeszente Material
Alternativ dazu, dass das intumeszente Material
Ein besonders bevorzugte Ausführungsform des intumeszenten Materials
- Zunächst wird eine Bindematerialmischung aus ungefähr 16 Gew.-% Polyvinylpyrrolidon, beispielsweise mit einem mittleren Molekulargewicht Mw von 360 kg/mol, und ungefähr 4 Gew.-% Polyethylenoxid, beispielsweise mit einem mittleren Molekulargewicht Mw von 1 kg/mol, und ungefähr 80 Gew.-% reinem Ethanol hergestellt.
- First, a binding material mixture of approximately 16% by weight of polyvinylpyrrolidone, for example with an average molecular weight M w of 360 kg / mol, and approximately 4% by weight of polyethylene oxide, for example with an average molecular weight M w of 1 kg / mol, and approximately 80 wt .-% pure ethanol produced.
Die Bestandteile der fließfähigen Mischung werden in einem Mixer, beispielsweise in einem Speedmixer, bei ungefähr 800 rpm bis ungefähr 1.200 rpm, beispielsweise für ungefähr drei Minuten, miteinander vermischt. Zur homogeneren Vermischung und zur Erhöhung der Fließfähigkeit wird zusätzliches Lösungsmittel in Form von reinem Ethanol hinzugefügt.The constituents of the flowable mixture are mixed with one another in a mixer, for example in a speed mixer, at about 800 rpm to about 1200 rpm, for example for about three minutes. Additional solvent in the form of pure ethanol is added for a more homogeneous mixing and to increase the flowability.
Die resultierende fließfähige Mischung hat folgende Zusammensetzung:
- - 49,6 Gew.-% Feststoffanteil aus Kohlenstofffasern, Graphit, Leitruß, metallischem Pulver und expandierbaren Mikrokapseln;
- - 23,2 Gew.-% Lösungsmittel in Form von reinem Ethanol; und
- - 27,2 Gew.-% Bindematerialmischung.
- - 49.6 wt .-% solids content of carbon fibers, graphite, conductive black, metallic powder and expandable microcapsules;
- - 23.2% by weight solvent in the form of pure ethanol; and
- - 27.2% by weight of binding material mixture.
Die Gewichtsprozente der fließfähigen Mischung sind auf eine Gesamtmasse der fließfähigen Mischung (einschließlich des Lösungsmittels) bezogen.The percentages by weight of the flowable mixture are based on a total mass of the flowable mixture (including the solvent).
Die resultierende Zusammensetzung der besonders bevorzugten Ausführungsform des intumeszenten Material
- - ungefähr 10 Gew.-% expandierbare Mikrokapseln;
- - ungefähr 10 Gew.-% Bindematerial (ungefähr 8 Gew.-% Polyvinylpyrrolidon und ungefähr 2 Gew.-% Polyethylenoxid);
- - ungefähr 10 Gew.-% Kohlenstofffasern;
- - ungefähr 66 Gew.-% Silber-beschichtete Aluminiumpartikel;
- - ungefähr 3 Gew.-% Graphit; und
- - ungefähr 1 Gew.-% Leitruß.
- - approximately 10% by weight of expandable microcapsules;
- - about 10% by weight of binding material (about 8% by weight of polyvinylpyrrolidone and about 2% by weight of polyethylene oxide);
- - about 10% by weight of carbon fibers;
- - approximately 66% by weight of silver-coated aluminum particles;
- - about 3% by weight of graphite; and
- - about 1% by weight of carbon black.
Die Gewichtsprozente des intumeszenten Materials
Die Temperaturdetektionsvorrichtung
Vorliegend umfasst die Temperaturdetektionsvorrichtung
Das erste elektrisch leitfähige Element
Die Spannungsquelle
Da das erste elektrisch leitfähige Element
Bei einem Erreichen oder einem Übersteigen der Auslösetemperatur des intumeszenten Materials
Durch das Auslösen des intumeszenten Materials
Das erste elektrisch leitfähige Element
Es kann vorgesehen sein, dass durch den Detektionszustand des Sensorelements
Die Temperaturdetektionsvorrichtung
So kann eine Überhitzung des elektrochemischen Systems
Eine in den
Das erste Abstandhalterelement
Das erste Verbindungsmaterial
Vorzugsweise bildet das zweite elektrisch leitfähige Element
Beispielsweise wird die Temperaturdetektionsvorrichtung
Beispielsweise wird die Temperaturdetektionsvorrichtung
Bei einem Erreichen oder einem Übersteigen der Auslösetemperatur des intumeszenten Materials
Im ausgelösten Zustand der Auslösevorrichtung
Im Übrigen stimmt die in den
In den in den
Alternativ kann vorgesehen sein, dass im Normalzustand der Auslösevorrichtung
Gemäß diesen Ausführungsformen ist ein Stromfluss im Detektionszustand des Sensorelements
Eine in den
Anstelle eines Sensorelements
Der elektrische Verbraucher
Die Auslösevorrichtung
Das intumeszente Material
Vorliegend umfasst die Temperaturdetektionsvorrichtung
An einer von dem Abstandhalterelement
In dem in
Der Detektionsbereich
Bei einem Erreichen oder einem Übersteigen der Auslösetemperatur des intumeszenten Materials
Durch die mit dem Auslösen des intumeszenten Materials
Vorliegend ist das erste elektrisch leitfähige Element
Der minimale Abstand
Vorteilhaft kann es sein, wenn ein elektrischer Widerstand der Auslösevorrichtung
Vorzugsweise ist der elektrische Widerstand der Auslösevorrichtung
Beispielsweise beträgt der spezifische elektrische Widerstand der Auslösevorrichtung
Günstig kann es sein, wenn eine elektrische Leitfähigkeit der Auslösevorrichtung
Vorzugsweise ist die elektrische Leitfähigkeit der Auslösevorrichtung
Hierzu weist das intumeszente Material
Vorzugsweise wird ein erhöhter Anteil, beispielsweise mindestens ungefähr 5 Gew.-% mehr als im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschrieben, an expandierenden Mikrokapseln verwendet, bezogen auf die Gesamtmasse des intumeszenten Materials
Hierdurch ist eine Volumenzunahme des intumeszenten Materials
Ergänzend oder alternativ kann vorgesehen sein, dass das intumeszente Material
Durch die verringerte elektrische Leitfähigkeit und/oder den erhöhten elektrischen Widerstand der Auslösevorrichtung
Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Auslösevorrichtung
Im Übrigen stimmt die in den
Eine in den
Das weitere elektrisch leitfähige Element
Vorzugsweise umfasst das weitere elektrisch leitfähige Element
Ergänzend oder alternativ kann vorgesehen sein, dass das weitere elektrisch leitfähige Element
Das weitere elektrisch leitfähige Element
Vorliegend ist das weitere elektrisch leitfähige Element
Durch die Verbindung über das weitere elektrisch leitfähige Element
Bei einem Erreichen oder einem Übersteigen der Auslösetemperatur des intumeszenten Materials
Durch die Volumenzunahme des intumeszenten Materials
Durch die Belastung und/oder Krafteinwirkung bricht die Sollbruchstelle
Das intumeszente Material
Zur Ausbildung des intumeszenten Materials
Ergänzend oder alternativ zu elektrisch isolierenden Eigenschaften des intumeszenten Materials
In dem Detektionszustand der Temperaturdetektionsvorrichtung
Das erste elektrisch leitfähige Element
Im Übrigen stimmt die in den
Mit der Temperaturdetektionsvorrichtung
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