DE102020129933A1

DE102020129933A1 - Druckausgleichsvorrichtung

Info

Publication number: DE102020129933A1
Application number: DE102020129933.8A
Authority: DE
Inventors: André Konzelmann; Volker Buchmann
Original assignee: Konzelmann GmbH
Current assignee: Konzelmann GmbH
Priority date: 2020-11-12
Filing date: 2020-11-12
Publication date: 2022-05-12

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Druckausgleichsvorrichtung (10) zum Ausgleich eines Innendrucks in einem Aufnahmegehäuse einer elektrochemischen Vorrichtung, insbesondere für ein Batteriegehäuse, mit einem Gehäuse (20) das mindestens eine Gas-Durchtrittsöffnung (27.2) aufweist, wobei die Gas-Durchtrittsöffnung (27.2) mittels einer mit Kanälen durchzogene, gaspermeablen Membran (30), die in oder an einer Membranaufnahme (27) in dem Gehäuse (20) aufgenommen ist, gesperrt ist, wobei im Abstand zu der Membran (30) ein Schneidelement (27.3) angeordnet ist, das derart ausgebildet und positioniert ist, dass es bei einer vorgegebenen Verformung der Membran (30) auf das Schneidelement (27.3) trifft und die Membran (30) zumindest an einer Stelle zerstört, um eine Strömungsverbindung zwischen einer Innenseite (21.2) der Druckausgleichsvorrichtung (10) und einer Außenseite (21.1) der Druckausgleichsvorrichtung (10) durch die Gas-Durchtrittsöffnung (27.2) hindurch zu schaffen, und wobei das Schneidelement (27.3) von einem Halter (27.1) des Gehäuses (20) getragen ist. Um eine stabile Druckausgleichsvorrichtung bereitzustellen, die mit geringem Teile- und Montageaufwand ein reproduzierbares Berstverhalten sicherstellt, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Gehäuse (20) ein Bauteil bildet, an dem der Halter (27.1) für das Schneidelement (27.3) und ein Befestigungsabschnitt (27.5) der Membranaufnahme einteilig miteinander verbunden sind, wobei die Membran (30) unmittelbar oder mittelbar mit dem Befestigungsabschnitt (27.5) abgedichtet verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Druckausgleichsvorrichtung zum Ausgleich eines Innendrucks in einem Aufnahmegehäuse einer elektrochemischen Vorrichtung, insbesondere für ein Batteriegehäuse, mit einem Gehäuse das mindestens eine Gas-Durchtrittsöffnung aufweist, wobei die Gas-Durchtrittsöffnung mittels einer gaspermeablen Membran, die in oder an einer Membranaufnahme in dem Gehäuse aufgenommen ist, gesperrt ist, wobei im Abstand zu der Membran ein Schneidelement angeordnet ist, das derart ausgebildet und positioniert ist, dass es bei einer vorgegebenen Verformung der Membran auf das Schneidelement trifft und die Membran zumindest an einer Stelle zerstört, um eine Strömungsverbindung zwischen einer Innenseite der Druckausgleichsvorrichtung und einer Außenseite der Druckausgleichsvorrichtung durch die Gas-Durchtrittsöffnung hindurch zu schaffen, und wobei das Schneidelement von einem Halter des Gehäuses getragen ist.
Eine solche Druckausgleichsvorrichtung ist aus der DE 10 2011 080 325 A1 bekannt. Diese bekannte Druckausgleichsvorrichtung weist ein Trägerelement 114 auf, das einen Flanschabschnitt mit Bohrungen zur Befestigung an einem Batteriegehäuse besitzt. Dabei überdeckt das Trägerelement den Rand eines Durchbruchs des Batteriegehäuses. Das Trägerelement 114 ist mit einer Membran verbunden, die eine Gas-Durchtrittsöffnung des Trägerelements 114 sperrt. Die Membran ist dabei zwischen dem Trägerelement und einem Klemmstück gespannt und umlaufend abgedichtet gehalten. Es ist weiterhin ein gehäuseartiges Schutzelement 124 verwendet, welches in einem zentralen Bereich ein Schneidelement aufweist. Dieses Schneidelement steht der Membran gegenüber. Das Schutzelement 124 dient dazu den Zugriff auf die Membran von der Außenseite der Druckausgleichsvorrichtung zu verhindern. Das Schutzelement 124 besitzt Gas-Durchgangsöffnungen. Die Membran ist gasdurchlässig, jedoch im Wesentlichen wasserabweisend. Die wasserabweisende Funktion ist dabei so, dass Wasser aus der Umgebung nicht oder nur unwesentlich von der Außenseite in den Bereich der Innenseite gelangen kann. Während des normalen Betriebs kann über die Membran ein Gasausgleich zwischen der Umgebung und dem Batteriegehäuse stattfinden. Dies ist möglich, weil die Membran gasdurchlässig ist. Entsteht nun, beispielsweise aufgrund einer Störung im Batteriegehäuse, ein schlagartiger Berstdruck, so wird die Membran nach außen gewölbt. Zwischen dem Schneidelement und der Außenseite der Membran ist ein Abstand vorgesehen, der die zulässige Verformung der Membran in einem solchen Schadensfall festlegt. Wird die Membran über die zulässige Verformung hinaus gewölbt, so trifft sie auf das Schneidelement, das als Spitze ausgebildet ist. Das Schneidelement schädigt die Membran, sodass diese zerreißt. Das Gas kann dann schnell aus dem Batteriegehäuse durch die Gas-Durchtrittsöffnung in die Umgebung entweichen. Somit ist verhindert, dass das Batteriegehäuse explodiert.
Die aus dem Stand der Technik bekannte Druckausgleichsvorrichtung ist aufwendig gestaltet. Zudem wird über die sich zwangsläufig einstellenden Maßtoleranzen zwischen den einzelnen Vorrichtungsbauteilen nicht sichergestellt, dass das Schneidelement bei unterschiedlichen Druckausgleichsvorrichtungen einer Charge immer exakt im gleichen Abstand zu der Oberfläche der Membran steht.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine stabile Druckausgleichsvorrichtung der eingangs erwähnten Art bereitzustellen, die mit geringem Teile- und Montageaufwand ein reproduzierbares Berstverhalten sicherstellt.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Gehäuse ein Bauteil bildet, an dem der Halter für das Schneidelement und ein Befestigungsabschnitt der Membranaufnahme einteilig miteinander verbunden sind, wobei die Membran unmittelbar oder mittelbar mit dem Befestigungsabschnitt abgedichtet verbunden ist.
Über die einteilige Verbindung des Halters mit dem Befestigungsabschnitt wird sichergestellt, dass das Schneidelement immer maßgenau dem Befestigungsabschnitt und damit auch der Membran zugeordnet ist. Hierdurch lässt sich ein reproduzierbares Berstverhalten einstellen. Darüber hinaus ist die erfindungsgemäße Druckausgleichsvorrichtung besonders einfach und stabil aufgebaut. Hierdurch arbeitet sie zuverlässig und es ergibt sich zudem ein geringerer Teile- und Montageaufwand.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass der Träger die mindestens eine Gas-Durchtrittsöffnung bildet, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass zwischen mindesten zwei Gas-Durchtrittsöffnungen ein Stegabschnitt des Halters gebildet ist, auf dem das Schneidelement angeordnet ist. Es hat sich gezeigt, dass durch diese Bauweisen eine effektive Gasableitung im Schadensfall bewirkt werden kann zudem überdeckt der Träger auch zumindest in den Bereichen, in denen er keine Gas-Durchtrittsöffnung aufweist die Membran und bietet so einen mechanischen Schutz, beispielsweise vor Zugriff oder Spritzwasser.
Vorzugsweise kann es auch vorgesehen sein, dass an den Halter ein Distanzstück einteilig angeformt ist, der den Befestigungsabschnitt im Abstand zu dem Halter hält. Auf diese Weise kann der Abstand zwischen der Membran und dem Schneidelement passgenau gefertigt werden.
Die Druckausgleichsvorrichtung kann gemäß einer Erfindungsvariante mit geringer Bauhöhe dadurch konzipiert werden dass die Membranaufnahme eine Aufnahme aufweist, die in eine, der Innenseite zugewandte Wand des Gehäuses eingetieft ist, wobei der Befestigungsabschnitt in Richtung zu der Außenseite in der Aufnahme beabstandet zu der Wand angeordnet ist.
Eine besonders bevorzugte Erfindungsvariante ist dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Außenseite des Gehäuses eine Gasführung angeordnet ist, die eine räumliche Verbindung zwischen der oder den Gas-Durchtrittsöffnungen und der an die Außenseite anschließenden Umgebung schafft, und wobei die Gasführung zumindest ein Wandelement aufweist, welches die zumindest eine Gas-Durchtrittsöffnung im Bereich der Außenseite überdeckt. Über die Gasführung kann die Gasableitung im Überlastfall erfolgen. Dabei kann die Gasführung so konzipiert sein, dass das Wandelement der Gasführung einen mechanischen Zugriffsschutz bietet, der einen unmittelbaren Zugriff auf die Membran verhindert.
Hierbei kann es zudem auch vorgesehen sein, dass die Gasführung mindestens einen Gas-Führungskanal aufweist, wobei der oder die Gas-Führungskanäle von dem zumindest einen Wandelement und seitlich von Verbindungsabschnitten begrenzt ist, und dass das zumindest eine Wandelement über einen oder mehrere der Verbindungsabschnitte einteilig mit dem Gehäuse verbunden ist. Diese Konstruktion verbessert den mechanischen Zugriffsschutz zusätzlich mit den seitlichen Verbindungsabschnitten. Über die einteilige Verbindung reduziert sich der Teile-und Montageaufwand weiter. Insbesondere wird dann zur Bildung des Gas-Führungskanals kein weiteres Bauteil notwendig.
Eine denkbare Erfindungsgestaltung kann so sein, dass die Gasführung mindestens eine Gasaustrittsöffnung aufweist, die eine gasleitende Verbindung zwischen der Gasführung und der Umgebung im Bereich der Außenseite schafft, und dass die Gasaustrittsöffnung beabstandet zu der oder den Gas-Durchtrittsöffnungen angeordnet ist. Die Beabstandung schafft nicht nur einen Zugriffsschutz. Vielmehr wird dadurch auch erreicht, dass von der Außenseite her eintretendes Spritzwasser nicht ohne weiteres auf die Membran gelangen und diese schädigen kann. Vorzugsweise beträgt zu diesem Zweck der Abstand zwischen der Gasaustrittsöffnung und der oder den Gas-Durchtrittsöffnungen mindestens zweimal der minimalen Querschnittsabmessung der Gas-Durchtrittsöffnung.
Der Zugriffsschutz und auch der Spritzwasserschutz werden besonders effektiv dann erreicht, wenn vorgesehen ist, dass zwischen der Gasaustrittsöffnung und der Gas-Durchtrittsöffnung und insbesondere zwischen der Gasaustrittsöffnung und der Membran keine geradlinige Sichtverbindung besteht. Damit ist verhindert, dass linearen Gegenstände, beispielsweise ein Draht oder ein Schraubenzieher, die durch die Gasaustrittsöffnung eingeschoben werden auf die Membran treffen.
Wenn vorgesehen ist, dass die Querschnittsfläche der Gasaustrittsöffnung oder die Summe der Querschnittsflächen der Gasaustrittsöffnungen gleich oder größer ist als die Querschnittsfläche der Gas-Durchtrittsöffnung oder der Gas-Durchtrittsöffnungen, dann wird eine nachteilige Beschleunigung der Gasströmung im Schadensfall verhindert.
Eine denkbare Erfindungsvariante ist dergestalt, dass das Gehäuse eine einteilig angeformte Abdeckung aufweist die mit Befestigungselementen, vorzugsweise Befestigungsaufnahmen, welche insbesondere als Bohrungen ausgebildet sein können, versehen ist, wobei die Befestigungselemente ausgebildet und angeordnet sind, um die Druckausgleichsvorrichtung mit einer Gehäusewand des Aufnahmegehäuses, insbesondere des Batteriegehäuses, zu verbinden.
Vorzugsweise besteht das Gehäuse aus Kunststoff und ist insbesondere vorzugsweise als Kunststoffspritzgussteil einteilig ausgebildet.
Bei einer solchen Bauweise kann es insbesondere vorgesehen sein, dass die Befestigungsaufnahmen Hülsen aufnehmen, die aus einem Metallwerkstoff bestehen, wobei die Hülsen form- und/oder stoffschlüssig mit der Abdeckung verbunden sind und Durchtrittsöffnungen für Schraubelemente bilden, und dass die Hülsen im Bereich der Außenseite eine Auflagefläche zur Abstützung des Schraubelements bilden. Dies sichert die dauerhafte Verbindung der Druckausgleichsvorrichtung mit dem Aufnahmegehäuse, insbesondere dem Batteriegehäuse.
Wenn vorgesehen ist, dass das Gehäuse eine Abdeckung aufweist, die auf der Innenseite eine Dichtungsaufnahme bildet, wobei in oder an der Dichtungsaufnahme eine umlaufende Dichtung mit Dichtabschnitten gehalten ist, und dass die Dichtung mit den Dichtabschnitten eine umlaufende Dichtfläche bildet, zur abgedichteten Anlage an der Außenseite des Aufnahmegehäuses, insbesondere des Batteriegehäuses, dann wird eine stabile Ankopplung des Gehäuses an dem Aufnahmegehäuse möglich.
Die Dichtung kann als separate Dichtung ausgebildet sein, die in die Dichtungsaufnahme eingelegt ist. Denkbar ist es auch, dass die Dichtung im 2-Komponenten-Spritzgussverfahren an das Gehäuse angeformt wird. Weiterhin ist es denkbar, dass die Dichtung in die Dichtungsaufnahme eingeformt wird.
Wenn nach einer Erfindungsvariante vorgesehen ist, dass die Membran einen umlaufenden Verbindungsabschnitt aufweist mit dem sie gasdicht unmittelbar mit dem Befestigungsabschnitt der Membranaufnahme umlaufend verbundenen ist, dann reduziert sich der Teileaufwand für die Druckausgleichsvorrichtung erheblich.
Alternativ kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass die Membran mit einem Membranträger eines Trägers verbunden ist, wobei der Träger eine ringförmig umlaufende Befestigungsfläche aufweist, wobei der umlaufende Verbindungsabschnitt der Membran gasdicht mit der Befestigungsfläche umlaufend verbunden ist, und dass der Träger an einem Koppelstück eine Verbindungsfläche aufweist mit der er mit dem Gehäuse verbunden, vorzugsweise stoffschlüssig verbunden, insbesondere verklebt oder verschweißt, ist.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Druckausgleichsvorrichtung,
2 die Druckausgleichsvorrichtung gemäß 1 in perspektivischer Ansicht von oben,
3 eine Baueinheit der Druckausgleichsvorrichtung gemäß den 1 und 2,
4 die Druckausgleichsvorrichtung gemäß den 1 und 2 in einem Vollschnitt,
5 die Druckausgleichsvorrichtung gemäß den 1 und 2 in Ansicht von unten,
6 eine alternative Ausgestaltungsvariante einer Druckausgleichsvorrichtung in perspektivischer Ansicht von oben und
7 die Druckausgleichsvorrichtung gemäß 6 in perspektivischer Ansicht von unten.

1 zeigt eine Druckausgleichsvorrichtung 10, die ein Gehäuse 20 aufweist. Vorzugsweise ist das Gehäuse 20 einteilig ausgebildet und im Spritzgussverfahren als Kunststoffteil hergestellt.
Das Gehäuse 20 besitzt eine Abdeckung 21, die plattenartig ausgestaltet sein kann. Die Abdeckung 21 bildet eine Außenseite 21.1 und eine Innenseite 21.2 (siehe 3). Im montierten Zustand ist die Außenseite 21.1 der Umgebung zugewandt. Die Innenseite 21.2 ist einem Aufnahmegehäuse zugewandt, an dem die Druckausgleichsvorrichtung 10 montiert werden kann, beispielsweise an einem Batteriegehäuse.
Die Abdeckung 21 kann mit Befestigungsaufnahmen 22, die insbesondere als Bohrungen ausgebildet sein können versehen sein. Die Bohrungen 22 durchdringen die Abdeckung 21 zwischen der Außenseite 21.1 und der Innenseite 21.2.
Wie 1 erkennen lässt, ist das Gehäuse 20 im Wesentlichen rechteckig oder quadratisch ausgebildet und wird von Längsseiten 23.1 und Querseiten 23.2 begrenzt, die jeweils paarweise zueinander parallel stehen. Selbstverständlich ist es auch möglich eine andere Kontur der Abdeckung 21 vorzusehen, beispielsweise eine runde oder ovale oder mehreckige beliebige Kontur.
3 lässt erkennen, dass das Gehäuse 20 eine einteilig angeformte Membranaufnahme 27 aufweist. Im Bereich der Membranaufnahme 27 ist ein Halter 27.1 angeordnet. Der Halter 27.1 ist als Flächenelement ausgebildet und mit zumindest einer Gas-Durchtrittsöffnung 27.2 ausgestattet. Denkbar ist es jedoch auch, dass nur eine Gas-Durchtrittsöffnung 27.2 oder auch mehrere Gas-Durchtrittsöffnungen 27.2 am Halter 27.1 vorgesehen sind. Der Halter 27.1 trägt ein Schneidelement 27.3. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Schneidelement 27.3 auf einem Steg zwischen zwei Gas-Durchtrittsöffnung 27.2 angeordnet.
Andere Anordnungen des Schneidelements 27.3 sind denkbar. Das Schneidelement 27.3 ist als punktförmige Spitze ausgebildet. Denkbar ist es auch, Schneideelemente 27.3 mit linearen oder andersförmig verlaufenden Schneiden zu verwenden.
An den Halter 27.1 schließt sich ein Distanzstück 27.4 einteilig an. Das Distanzstück 27.4 kann insbesondere als umlaufende Wand ausgebildet sein.
Die Membranaufnahme 27 geht im Anschluss an das Distanzstück 27.4 in einen Befestigungsabschnitt 27.5 über. Der Befestigungsabschnitt 27.5 kann, wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel, als ringförmige Auflagefläche ausgebildet sein. Insbesondere ist es von Vorteil, wenn der Befestigungsabschnitt 27.5 unterbrechungsfrei umlaufend ausgebildet ist. Die Membranaufnahme 27 weist weiterhin eine Aufnahme 27.6 auf. Diese ist in eine Wand des Gehäuses 20, welche die Innenseite 21.2 bildet, eingetieft.
Wie 3 weiter erkennen lässt, kann es vorgesehen sein, dass in den Bereich, hinter dem Befestigungsabschnitt 27.5 eine Drainage 26 in die Abdeckung 21 eingeformt ist. Die Drainage 26 kann beispielsweise von Bohrungen ausgebildet sein, wie 3 zeigt. Diese Bohrungen münden im Bereich der Außenseite und verlaufen beispielsweise von dem Distanzstück 27.4 hin zu einer Längsseite 23.1 oder einer Querseite 23.2, wie 3 zeigt.
Die 2 und 3 lassen erkennen, dass die Gas-Durchtrittsöffnungen 27.2 außenseitig mittels einer Gasführung 24 überdeckt sind. Zu diesem Zweck ist ein Wandelement 24.1 verwendet, welches im axialen Abstand zu den Gas-Durchtrittsöffnungen 27.2 steht und außenseitig über seitliche Verbindungsabschnitte 24.2 einteilig mit dem Gehäuse 20, insbesondere der Abdeckung 21 verbunden ist. Die Gasführung 24 bildet mit dem Wandelement 24.1, den Verbindungsabschnitten 24.2 und einer Bodenwand 24.3 einen Gas-Führungskanal. Dieser Gas-Führungskanal bildet an seinen längsseitigen Enden Gasaustrittsöffnungen 25, über die eine gasleitende Verbindung mit der Umgebung hergestellt werden kann. Selbstverständlich ist es auch denkbar, dass nur eine Gasaustrittsöffnung 25 oder auch mehr Gasaustrittsöffnungen an anderen Stellen vorgesehen sind.
Wie 3 zeigt, wird mit dem Gehäuse 20 eine gasleitende Verbindung von der oder den Gasaustrittsöffnungen 25 über den Gas-Führungskanal und durch die Gas-Durchtrittsöffnungen 27.2 bis hin zur Innenseite 21.1 der Druckausgleichsvorrichtung 10 geschaffen.
Um diese gasleitende Verbindung zu sperren, ist eine Membran 30 vorgesehen. Die Membran 30 ist vorzugsweise als Flächen-Element ausgestaltet und weiter bevorzugt von einer mit Kanälen durchzogenen Kunststofffolie gebildet.
Die Membran ist gaspermeabel aber im Wesentlichen wasserdicht insbesondere ist die Membran reißfest hinreichend stark ausgelegt, um ein ungewolltes Versagen der Membran 30 durch eine Wasserdruck-Beaufschlagung von außen zu vermeiden.
Die Membran 30 kann insbesondere eine gaspermeable Folie sein, an die in einer Werkzeugform der Träger 40 angespritzt wird („Folienhinterspritzung“), wobei die Membran 30 und der Träger 40 dann vorzugsweise aus einem Thermoplast bestehen Damit kann in einem Arbeitsgang eine gasdichte Verbindung zwischen Träger 40 und Membran 30 hergestellt werden.
Denkbar ist es, dass die Membran 30 ein Polyethylenterephthalat oder Polycarbonat aufweist, vorzugsweise vollständig aus einem solchen Material besteht
Die Membran 30 ist vorzugsweise in Form einer kreisrunden Scheibe ausgebildet, kann jedoch auch andere Formen annehmen. Es hat sich jedoch gezeigt, dass die kreisrunde Scheibe vorteilhafte Eigenschaften bei der Verformung aufweist.
Die Membran 30 weist eine Innenseite 33 auf, die der Innenseite 21.2 des Gehäuses 20 im montierten Zustand zugewandt ist. Die Membran 30 weist weiterhin eine Außenseite 32 auf. Die Außenseite 32 ist im montierten Zustand in Richtung zur Außenseite 21.1 gerichtet. Weiterhin besitzt die Membran 30 einen umlaufenden Verbindungsabschnitt 31, der vorzugsweise randseitig ausgebildet ist.
Die Membran 30 kann entweder unmittelbar mit dem Befestigungsabschnitt 27.5 der Membranaufnahme 27 verbunden werden oder mittelbar über einen Träger 40.
Bei der unmittelbaren Befestigung der Membran 30 wird diese mit dem Verbindungsabschnitt 31 mit dem Befestigungsabschnitt 27.5 umlaufend und gasdicht verbunden. Dies kann beispielsweise mit einer stoffschlüssigen Verbindung erfolgen. Denkbar ist hier eine Verklebung oder eine Schweißung, insbesondere eine Ultraschall-Schweißung.
Bei der mittelbaren Befestigung wird die Membran 30 mit ihrem Verbindungsabschnitt 31 auf eine Befestigungsfläche 44 des Trägers 40 aufgelegt, wie dies 1 zeigt. Die Membran 30 kann mit ihrem Verbindungsabschnitt 31 umlaufend und gasdicht mit der Befestigungsfläche 44 verbunden werden. Denkbar ist auch hier, dass die Verbindung über eine stoffschlüssige Verbindung, insbesondere eine Verklebung oder eine Schweißung, insbesondere eine Ultraschall Schweißungen erfolgt.
1 zeigt weiterhin, dass der Träger 40 ein Koppelstück 41 aufweist. Dieses Koppelstück 41 besitzt eine Verbindungsfläche 42. Weiterhin trägt das Koppelstück 41 einen Membranträger 43, der die Befestigungsfläche 44 bildet. Dabei hält der Membranträger 43 die Befestigungsfläche 44 im Abstand zu der Verbindungsfläche 42.
Wie 3 zeigt, kann der Träger 40 mit der daran befestigten Membran 30 voraus in die Membranaufnahme 27 eingesetzt werden. Die Einsetzbewegung wird mittels der Verbindungsfläche 42 begrenzt, die auf den Befestigungsabschnitt 27.5 trifft. Zwischen den hier anliegenden Flächen des Trägers 40 und des Gehäuses 20 wird eine umlaufend gasdichte Verbindung hergestellt. Zusätzlich oder alternativ kann auch an einer anderen Stelle eine umlaufende und gasdichte Verbindung hergestellt werden, beispielsweise im Bereich der umlaufenden Aufnahme 27.6. Die Verbindung kann von einer Verklebung, einer Schweißung, insbesondere eine Ultraschall-Schweißungen oder durch eine Folienhinterspritzung gebildet werden.
4 zeigt weiter, dass das Gehäuse 20 mit einer umlaufenden Dichtungsaufnahme 28 versehen ist. Diese Dichtungsaufnahme 28 umläuft die Membranaufnahme 27 auf der Innenseite 21.2 der Abdeckung 21. In die Dichtungsaufnahme 28 kann eine Dichtung 60 eingesetzt, eingeformt oder angeformt werden.
Die Dichtungen 60 besitzt Dichtabschnitte 61, 62. Diese Dichtabschnitte 61, 62 bilden eine umlaufende Dichtfläche 63, wie 1 zeigt. Weiterhin ist es denkbar, dass die Dichtungen 60 Ansätze 64 aufweisen kann, die im montierten Zustand auf der Innenseite 21.2 der Abdeckung die Bohrungen (Befestigungsaufnahmen 22) umlaufend abdichten. Um den Durchgang von Befestigungsschrauben zu ermöglichen, können die Ansätze 64 mit Durchbrüchen 65 versehen sein, die mit den Befestigungsaufnahmen 22 fluchten.
1 zeigt weiterhin, dass in die Befestigungsaufnahmen 22 Hülsen 50 aus einem Metallwerkstoff oder Kunststoff eingesetzt sind. Vorzugsweise werden die Hülsen 50 mit dem Kunststoffmaterial des Gehäuses 20 umspritzt oder nachträglich eingepresst Die Hülsen 50 bilden im Bereich der Außenseite 21.1 eine Auflagefläche für einen Schraubenkopf oder dergleichen Teil eines Befestigungselements. Auf der Innenseite bilden die Hülsen 50 eine Aufstandsfläche, die zur Anlage an einer Außenseite eines Aufnahmegehäuses dient, an der die Druckausgleichsvorrichtung 10 befestigt werden soll.
Die Druckausgleichsvorrichtung 10 gemäß der Erfindung dient dazu einen Durchbruch in einer Wand eines Aufnahmegehäuses gasdicht zu verschließen. Das Aufnahmegehäuse kann insbesondere ein Batteriegehäuse sein, in dem Akkumulatoren untergebracht sind. Um den Durchbruch zu verschließen, wird die Druckausgleichsvorrichtung 10 über den Durchbruch auf die Wand des Aufnahmegehäuses aufgesetzt und mit dieser verbunden, beispielsweise unter Zuhilfenahme von Schraubelementen, die durch die Befestigungsaufnahmen 22 hindurchgeführt sind. Selbstverständlich ist es auch möglich eine andersartige Verbindung zwischen der Druckausgleichsvorrichtung 10 und dem Aufnahmegehäuse herzustellen. Beispielsweise ist es denkbar, dass die Druckausgleichsvorrichtung 10 mit angeformten Rasthaken versehen ist, die mit der Wand des Aufnahmegehäuses verrasten. Weiterhin ist auch die Verwendung von Klemmverbindungen denkbar.
Die Funktionsweise der Druckausgleichsvorrichtung 10 ist wie folgt. Während des normalen Betriebs sperrt die Membran 30 den Weg zwischen der Gasführung 24 und dem Innenraum des Aufnahmegehäuses. Normale Druckschwankungen zwischen der Umgebung und dem Innenraum des Aufnahmegehäuses können über die Membran 30 ausgeglichen werden. Hierzu kann das Gas über die Membran 30 von dem Innenraum des Aufnahmegehäuses durch die Membran 30 hindurch in die Gasführung 24 und damit in die Umgebung gelangen. Sinkt der Druck im Aufnahmegehäuse betriebsbedingt, kann auch in umgekehrter Richtung eine Gasströmung erfolgen.
Wenn im Schadensfall schlagartig ein hoher Druck im Innenraum des Aufnahmegehäuses ansteht, so wird die Membran 30 aus der in 4 gezeigten Lage heraus zur Außenseite 21.1 hin gewölbt, bis sie bei einer unzulässigen Druckerhöhung auf das Schneidelement 27.3 trifft. Das Schneidelement 27.3 schädigt die Membran 30, woraufhin die gespannte Membran 30 dann zerreißt. Auf diese Weise kann die gasleitende Verbindung großflächig freigegeben werden. Der Gasdruck aus dem Innenraum des Aufnahmegehäuses entspannt sich durch die Gas-Durchtrittsöffnungen 27.5 in die Gasführung 25 hinein. Das Gas kann dann in die Umgebung entweichen.
In den 6 und 7 ist eine alternative Ausgestaltungsvariante einer Druckausgleichsvorrichtung 10 dargestellt. Gleiche Bauteile sind in den 1 bis 7 mit gleichen Bezugszeichen versehen. Entsprechend kann auf die obigen Ausführungen Bezug genommen werden. Im nachfolgenden werden die Unterschiede zwischen den beiden Ausgestaltungsvarianten erläutert.
Wie 7 zeigt, sind an dem Halter 27.1 mehrere Gas-Durchtrittsöffnungen 27.2 vorgesehen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind vier Gas-Durchtrittsöffnungen 27.2 verwendet. Die Gas-Durchtrittsöffnungen 27.2 stellen eine gasleitende Verbindung zu der vorderseitig angeordneten Gasführung 24 her. Diese Gasführung 24 weist mehrere Gas-Führungskanäle (im vorliegenden Ausführungsbeispiel 3 Gas-Führungskanäle) auf. Für jeden dieser Gas-Führungskanäle ist zumindest eine Gas-Durchtrittsöffnungen 27.2 vorgesehen, um eine gasleitende Verbindung mit diesem Gas-Führungskanal herzustellen.
Jeder der Gas-Führungskanäle der Gasführung 24 ist von einem Wandelement 24.1 begrenzt, welches mit Verbindungsabschnitten 24.2 einteilig außenseitig mit dem Gehäuse 20 verbunden ist. Die Verbindungsabschnitte 24.2 halten das Wandelement 24.1 wieder, wie bei der 1. Ausführungsvariante, im Abstand zu der Bodenwand 24.3.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011080325 A1 [0002]

Claims

Druckausgleichsvorrichtung (10) zum Ausgleich eines Innendrucks in einem Aufnahmegehäuse einer elektrochemischen Vorrichtung, insbesondere für ein Batteriegehäuse, mit einem Gehäuse (20) das mindestens eine Gas-Durchtrittsöffnung (27.2) aufweist, wobei die Gas-Durchtrittsöffnung (27.2) mittels einer gaspermeablen Membran (30), die in oder an einer Membranaufnahme (27) in dem Gehäuse (20) aufgenommen ist, gesperrt ist, wobei im Abstand zu der Membran (30) ein Schneidelement (27.3) angeordnet ist, das derart ausgebildet und positioniert ist, dass es bei einer vorgegebenen Verformung der Membran (30) auf das Schneidelement (27.3) trifft und die Membran (30) zumindest an einer Stelle zerstört, um eine Strömungsverbindung zwischen einer Innenseite (21.2) der Druckausgleichsvorrichtung (10) und einer Außenseite (21.1) der Druckausgleichsvorrichtung (10) durch die Gas-Durchtrittsöffnung (27.2) hindurch zu schaffen, und wobei das Schneidelement (27.3) von einem Halter (27.1) des Gehäuses (20) getragen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (20) ein Bauteil bildet, an dem der Halter (27.1) für das Schneidelement (27.3) und ein Befestigungsabschnitt (27.5) der Membranaufnahme einteilig miteinander verbunden sind, wobei die Membran (30) unmittelbar oder mittelbar mit dem Befestigungsabschnitt (27.5) abgedichtet verbunden ist.
Druckausgleichsvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (27.1) die mindestens eine Gas-Durchtrittsöffnung (27.2) bildet, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass zwischen zwei Gas-Durchtrittsöffnungen (27.2) ein Stegabschnitt des Halters (27.1) gebildet ist, auf dem das Schneidelement (27.3) angeordnet ist.
Druckausgleichsvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an den Halter (27.1) ein Distanzstück (27.4) einteilig angeformt ist, der den Befestigungsabschnitt (27.5) im Abstand zu dem Halter (27.1) hält.
Druckausgleichsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranaufnahme (27) eine Aufnahme (27.6) aufweist, die in eine, der Innenseite (21.2) zugewandte Wand des Gehäuses (20) eingetieft ist, wobei der Befestigungsabschnitt (27.5) in Richtung zu der Außenseite (21.1) in der Aufnahme (27.6) beabstandet zu der Wand angeordnet ist.
Druckausgleichsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Außenseite (21.1) des Gehäuses (20) eine Gasführung (24) angeordnet ist, die eine räumliche Verbindung zwischen der oder den Gas-Durchtrittsöffnungen (27.2) und der an die Außenseite (21.1) anschließenden Umgebung schafft, und wobei die Gasführung (24) zumindest ein Wandelement (24.1) aufweist, welches die zumindest eine Gas-Durchtrittsöffnung (27.2) im Bereich der Außenseite (21.1) überdeckt.
Druckausgleichsvorrichtung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasführung (24) mindestens einen Gas-Führungskanal aufweist, wobei der oder die Gas-Führungskanäle von dem zumindest einen Wandelement (24.1) und seitlich von Verbindungsabschnitten (24.2) begrenzt ist, und dass das zumindest eine Wandelement (24.1) über einen oder mehrere der Verbindungsabschnitte (24.2) einteilig mit dem Gehäuse (20) verbunden ist.
Druckausgleichsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasführung (24) mindestens eine Gasaustrittsöffnung (25) aufweist, die eine gasleitende Verbindung zwischen der Gasführung (24) und der Umgebung im Bereich der Außenseite (21.1) schafft, und dass die Gasaustrittsöffnung (25) beabstandet zu der oder den Gas-Durchtrittsöffnungen (27.2) angeordnet ist, wobei vorzugsweise der Abstand zwischen der Gasaustrittsöffnung und der oder den Gas-Durchtrittsöffnungen mindestens zweimal der minimalen Querschnittsabmessung der Gas-Durchtrittsöffnung beträgt.
Druckausgleichsvorrichtung (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Gasaustrittsöffnung (25) und der Gas-Durchtrittsöffnung (27.2) keine geradlinige Sichtverbindung besteht.
Druckausgleichsvorrichtung (10) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche der Gasaustrittsöffnung (25) oder die Summe der Querschnittsflächen der Gasaustrittsöffnungen (25) gleich oder größer ist als die Querschnittsfläche der Gas-Durchtrittsöffnung (27.2) oder der Gas-Durchtrittsöffnungen (27.2).
Druckausgleichsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (20) eine einteilig angeformte Abdeckung (21) aufweist die mit Befestigungselementen, vorzugsweise Befestigungsaufnahmen (22), welche insbesondere als Bohrungen ausgebildet sein können, versehen ist, wobei die Befestigungselemente ausgebildet und angeordnet sind, um die Druckausgleichsvorrichtung (10) mit einer Gehäusewand des Aufnahmegehäuses zu verbinden.
Druckausgleichsvorrichtung (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsaufnahmen (22) Hülsen (50) aufnehmen, die vorzugsweise aus einem Metall- oder Kunststoffwerkstoff bestehen, wobei die Hülsen (50) form- und/oder stoffschlüssig und/oder reibschlüssig mit der Abdeckung (21) verbunden sind und Durchtrittsöffnungen für Schraubelemente bilden, und dass die Hülsen (50) im Bereich der Außenseite (21.1) eine Auflagefläche zur Abstützung des Schraubelements bilden.
Druckausgleichsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (20) eine Abdeckung (21) aufweist, die auf der Innenseite (21.2) eine Dichtungsaufnahme (28) bildet, wobei in oder an der Dichtungsaufnahme (28) eine umlaufende Dichtung (60) mit Dichtabschnitten (61,62) gehalten ist, und dass die Dichtung (60) mit den Dichtabschnitten (61,62) eine umlaufende Dichtfläche (63) bildet, zur abgedichteten Anlage an der Außenseite des Aufnahmegehäuses, insbesondere des Batteriegehäuses.
Druckausgleichsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (30) einen umlaufenden Verbindungsabschnitt (31) aufweist mit dem sie gasdicht unmittelbar mit dem Befestigungsabschnitt (27.5) der Membranaufnahme (27) umlaufend verbundenen ist,
Druckausgleichsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (30) mit einem Membranträger (43) eines Trägers (40) verbunden ist, wobei der Träger (40) eine ringförmig umlaufende Befestigungsfläche (44) aufweist, wobei der umlaufende Verbindungsabschnitt (31) der Membran (30) gasdicht mit der Befestigungsfläche (44) umlaufend verbunden ist, und dass der Träger (40) an einem Koppelstück (41) eine Verbindungsfläche (42) aufweist mit der er mit dem Gehäuse (20) verbunden, vorzugsweise stoffschlüssig verbunden, insbesondere verklebt verschweißt oder folienhinterspritzt ist.