DE102021213009A1

DE102021213009A1 - PRESSURE RELIEF PLUG AND HOUSING WITH SUCH

Info

Publication number: DE102021213009A1
Application number: DE102021213009.7A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Bauer
Original assignee: Trelleborg Sealing Solutions Germany GmbH
Current assignee: Trelleborg Sealing Solutions Germany GmbH
Priority date: 2021-11-18
Filing date: 2021-11-18
Publication date: 2023-05-25

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Druckentlastungsstopfen (18) zum Einsetzten in die Druckentlastungskanal (16) eines Gehäuses (10), umfassend eine gummielastisch verformbare Dichtlippe (34), die am distalen Endabschnitt (32) des Grundkörpers (26) des Druckentlastungsstopfens (18) umlaufend angeformt ist und einen am distalen Endabschnitt (32) ausgebildeten, bevorzugt ringförmigen, Abstützbereich (44) zum axialen Abstützen des Druckentlastungsstopfens (18) an einem Widerlager (46) des Gehäuses (10), wobei durch eine auf den Abstützbereich (44) wirkende Axialkraft FAeine zur Axialkraft FAproportionale Verformung des distalen Endabschnitts (32) und damit einhergehend eine an der Dichtlippe angreifende Kraft FRbewirkt ist, die radial nach innen auf die Längsachse L gerichtet ist. Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Gehäuse mit einer Überdrucksicherung mit einem solchen Druckentlastungsstopfen.The invention relates to a pressure relief plug (18) for insertion into the pressure relief channel (16) of a housing (10), comprising an elastically deformable sealing lip (34) which is molded circumferentially on the distal end section (32) of the base body (26) of the pressure relief plug (18). and a preferably annular support area (44) formed on the distal end section (32) for axially supporting the pressure relief plug (18) on an abutment (46) of the housing (10), with an axial force FA acting on the support area (44). deformation of the distal end section (32) proportional to the axial force FA and, as a result, a force FR acting on the sealing lip, which is directed radially inwards towards the longitudinal axis L, is brought about. The invention also relates to a housing with an overpressure safety device with such a pressure relief plug.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gehäuse mit einer Überdrucksicherung. Derartige Gehäuse werden in der Praxis in vielen technischen Bereichen eingesetzt, um das Gehäuse bzw. dessen Inhalt vor einem schädigenden Überdruck zu schützen. Als Überdrucksicherung werden dabei häufig Sicherheitsventile oder sogenannte Berstscheiben eingesetzt, die bei Erreichen oder Überschreiten eines maximal zulässigen Gehäuseinnendrucks ansprechen und dadurch einen atmosphärischen Druckausgleich ermöglichen. Sicherheitsventile schließen bei einem Abfall des Gehäuseinnendrucks in der Regel selbsttätig, so dass das Gehäuse ggf. ohne weitere Maßnahmen weiterverwendet werden kann. Berstscheiben werden demgegenüber durch ihr Ansprechen im Sinne einer Sollbruchstelle irreversibel zerstört und müssen zur Weiterverwendung des Gehäuses ersetzt werden. Sicherheitsventile und auch Berstscheiben sind in ihrer Herstellung bzw. Montage/Reparatur aufwändig und stellen deshalb einen nicht zu vernachlässigenden Kostenfaktor dar.The invention relates to a housing with an overpressure safety device. Such housings are used in practice in many technical areas in order to protect the housing or its contents from damaging excess pressure. Safety valves or so-called bursting discs are often used as overpressure protection, which respond when a maximum permissible internal housing pressure is reached or exceeded and thus enable atmospheric pressure equalization. Safety valves usually close automatically if the pressure inside the housing drops, so that the housing can continue to be used without any further measures. Bursting discs, on the other hand, are irreversibly destroyed when they respond in the sense of a predetermined breaking point and must be replaced before the housing can continue to be used. Safety valves and bursting discs are complex to manufacture or assemble/repair and therefore represent a cost factor that should not be neglected.

EP 1 001 905 B1 offenbart ein Gehäuse mit einer Überdrucksicherung, die einen Druckentlastungskanal mit einem im Druckentlastungskanal angeordneten gummielastisch verformbaren Druckentlastungsstopfen umfasst. Der Druckentlastungsstopfen liegt mit seiner umlaufenden Dichtlippe außenseitig an einer Dichtfläche des Gehäuses in einer axialen Richtung an und kann über ein angeformtes Federelement mit einer definierten Vorspannung gegen die Dichtfläche vorgespannt werden. Bei einem längeren Betriebseinsatz kann es allein schon durch Kondensation von Feuchtigkeit zu einem unerwünschten Verkleben der Dichtlippe mit dem Gehäuse kommen. Eine zuverlässige Entlüftung des Gehäuseinneren bei Erreichen oder Überschreiten eines maximal zulässigen Betriebsdrucks P_lim im Gehäuseinneren ist dann nicht mehr gewährleistet. EP 1 001 905 B1 discloses a housing with an overpressure safety device which comprises a pressure relief channel with a pressure relief plug which can be deformed in a rubber-elastic manner and is arranged in the pressure relief channel. The pressure relief plug rests with its peripheral sealing lip on the outside against a sealing surface of the housing in an axial direction and can be prestressed against the sealing surface with a defined pretension via a spring element formed thereon. If the device is used for a longer period of time, condensation of moisture alone can cause the sealing lip to stick to the housing. Reliable venting of the interior of the housing when a maximum permissible operating pressure P _lim is reached or exceeded in the interior of the housing is then no longer guaranteed.

Eine weiterentwickelte Überdrucksicherung mit einem Membrandichtstopfen ist in EP 3 292 575 B1 offenbart. Der Membrandichtstopfen weist ein deutlich verbessertes Ansprechverhalten gegenüber einer Druckerhöhung im Gehäuse auf und zeigt selbst bei mit dem Gehäuse verklebter Dichtlippe eine zuverlässige Druckentlastungsfunktion. Dies ist der radial dichtenden Dichtlippe geschuldet, die bei Erreichen bzw. Überschreiten eines im Gehäuseinneren herrschenden maximalen atmosphärischem Betriebsdrucks P_lim medienbetätigt von der Wandung (=Dichtfläche) in axialer Richtung fortschreitend abgelöst bzw. abgeschält werden kann. Nachteilig ist, dass ein Auslösen der Überdruckdichtung in der Regel mit einem vollständigen axialen Herausbewegen des Membrandichtstopfens aus dem Druckentlastungskanal einhergeht, sodass eine Dichtfunktion des Membrandichtstopfens nicht mehr gegeben ist. Der Membrandichtstopfen muss insoweit nach Auslösen erneut montiert bzw. sogar ersetzt werden.A further developed overpressure protection with a membrane sealing plug is in EP 3 292 575 B1 disclosed. The diaphragm sealing plug has a significantly improved response to an increase in pressure in the housing and shows a reliable pressure relief function even when the sealing lip is glued to the housing. This is due to the radially sealing sealing lip, which can be progressively detached or peeled off from the wall (=sealing surface) in the axial direction when a maximum atmospheric operating pressure P _lim prevailing inside the housing is reached or exceeded. The disadvantage is that when the overpressure seal is triggered, the membrane sealing plug is generally moved axially out of the pressure relief channel, so that the membrane sealing plug no longer has a sealing function. In this respect, the diaphragm sealing plug must be reinstalled or even replaced after it has been triggered.

Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, einen Druckentlastungsstopfen sowie ein Gehäuse mit einer Überdrucksicherung anzugeben, die auf einfache und kostengünstige Weise zu fertigen sind, wobei der Druckentlastungsstopfen allzeit ein zuverlässiges Ansprechverhalten und einen einstellbaren Öffnungsdruck aufweist und selbsttätig rückstellend ist, so dass ein langfristiger Einsatz selbst bei kritischen Anwendungen, beispielsweise einem Batteriegehäuse für Lithium-Batterien oder Bleiakkus oder dergleichen, suffizient abgedeckt werden kann.It is therefore the object of the invention to specify a pressure relief plug and a housing with an overpressure safety device that can be manufactured in a simple and cost-effective manner, with the pressure relief plug always having a reliable response behavior and an adjustable opening pressure and being automatically reset, so that long-term use can be achieved can be covered sufficiently even in critical applications, such as a battery case for lithium batteries or lead-acid batteries or the like.

Die den Druckentlastungsstopfen betreffende Aufgabe wird durch einen Druckentlastungsstopfen gemäß Anspruch 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Gehäuse weist die in Anspruch 11 angegebenen Merkmale auf. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in der Beschreibung sowie den Unteransprüchen angegeben.The problem related to the pressure relief plug is solved by a pressure relief plug according to claim 1 . The housing according to the invention has the features specified in claim 11 . Advantageous developments of the invention are specified in the description and the dependent claims.

Der erfindungsgemäße Druckentlastungsstopfen ist zum Einsetzten in einen Druckentlastungskanal eines Gehäuses vorgesehen und weist einen Grundkörper mit einer Mantelfläche und mit einem proximalen und einem distalen Endabschnitt auf. Der erstreckt sich in Richtung der Längsachse L des Druckentlastungsstopfens. Am distalen Endabschnitt des Grundkörpers ist eine gummielastisch verformbare Dichtlippe (vollständig) umlaufend angeformt. Die Dichtlippe erstreckt sich in einer radialen Richtung nach außen sowie axial in Richtung des proximalen Endabschnitts vom distalen Endabschnitt weg. Durch die Mantelfläche des Grundkörpers und die Dichtlippe ist ein umlaufender Freiraum zwischen der Mantelfläche und der Dichtlippe in radialer Richtung begrenzt. Der Freiraum ermöglicht eine Auslenkung der Dichtlippe radial in Richtung auf die Mantelfläche des Grundkörpers, d. h. ein druckaktiviertes Herausbewegen der Dichtlippe aus ihrem Dichtsitz an der Wandung eines Druckentlastungskanals des Gehäuses, in dem der Druckentlastungsstopfen im Betriebseinsatz angeordnet ist.The pressure relief plug according to the invention is intended for insertion into a pressure relief channel of a housing and has a base body with a lateral surface and with a proximal and a distal end section. It extends in the direction of the longitudinal axis L of the pressure relief plug. An elastically deformable sealing lip is (entirely) formed circumferentially on the distal end section of the base body. The sealing lip extends outwards in a radial direction and axially in the direction of the proximal end section away from the distal end section. A peripheral free space between the lateral surface and the sealing lip is delimited in the radial direction by the lateral surface of the base body and the sealing lip. The free space enables the sealing lip to be deflected radially in the direction of the lateral surface of the base body, i. H. a pressure-activated movement of the sealing lip out of its sealing seat on the wall of a pressure relief channel of the housing in which the pressure relief plug is arranged during operational use.

Der distale Endabschnitt weist weiter einen Abstützbereich zum axialen Abstützen des Grundkörpers an einem Widerlager des Gehäuses auf. Durch eine auf den Abstützbereich wirkende Axialkraft F_a ist eine zur Axialkraft F_a proportionale Verformung (Moment) des distalen Endabschnitts und damit einhergehend eine Auslenkung der Dichtlippe radial in Richtung auf den Grundkörper bewirkt.The distal end section also has a support area for axially supporting the base body on an abutment of the housing. An axial force _{F a} acting on the support area causes a deformation (torque) of the distal end section _proportional to the axial force F a and, associated with this, a radial deflection of the sealing lip in the direction of the base body.

Der vorgeschlagene Druckentlastungsstopfen ist einerseits auf einfache und kostengünstige Weise zu fertigen. So kann der Druckentlastungsstopfen insbesondere einstückig, etwa als ein Spritzgießteil, gefertigt werden. Die umlaufende Dichtlippe ermöglicht ein radiales Abdichten des Druckentlastungskanals des Gehäuses. Dadurch kann die Dichtlippe im Betriebseinsatz mit steigendem Betriebsdruck im Gehäuseinneren in axialer Richtung fortschreitend radial nach innen von der Wandung des Druckentlastungskanals abgehoben/abgeschält werden, um die Druckentlastungsöffnung bei Erreichen oder Überschreiten des vorgegebenen maximalen Betriebsdrucks P_lim im Gehäuseinneren freizugeben. Dies selbst bei an der Wandung der Druckentlastungsöffnung anhaftender Dichtlippe.On the one hand, the proposed pressure relief plug can be manufactured in a simple and cost-effective manner. So the pressure relief in particular pots are made in one piece, for example as an injection molded part. The surrounding sealing lip enables radial sealing of the pressure relief channel of the housing. As a result, the sealing lip can be lifted/peeled off the wall of the pressure relief duct progressively in the axial direction radially inwards with increasing operating pressure inside the housing in order to release the pressure relief opening when the specified maximum operating pressure P _lim inside the housing is reached or exceeded. This even with the sealing lip adhering to the wall of the pressure relief opening.

Zu beachten ist, dass bei dem erfindungsgemäßen Druckentlastungsstopfen im Betriebszustand durch Wahl der axialen Kontaktpressung des Abstützbereichs gegen ein geeignetes Widerlager des Gehäuses, d. h. der am Abstützbereich angreifenden Axialkraft F_a, ein feinfühliges Einstellen der radialen Vorspannung der Dichtlippe gegen die Wandung des Druckentlastungskanals möglich ist. Diese Vorspannung der Dichtlippe korreliert mit dem maximalen Betriebsdruck P_lim. Diese Korrelation ist experimentell bestimmbar. Deshalb ermöglicht der Druckentlastungsstopfen im Montagezustand das Definieren bzw. Nachjustieren des maximalen Betriebsdrucks P_lim, bei dem der Druckentlastungsstopfen den Druckentlastungskanal freigibt. Fertigungstoleranzen des Druckentlastungsstopfens bzw. des Gehäuses können dabei auf einfache Weise kompensiert werden.It should be noted that with the pressure relief plug according to the invention in the operating state, by selecting the axial contact pressure of the support area against a suitable abutment of the housing, i.e. the axial force _F a acting on the support area, a sensitive adjustment of the radial prestressing of the sealing lip against the wall of the pressure relief channel is possible. This preload of the sealing lip correlates with the maximum operating pressure P _lim . This correlation can be determined experimentally. Therefore, the pressure relief plug allows the definition or readjustment of the maximum operating pressure P _lim in the assembled state, at which the pressure relief plug releases the pressure relief channel. Manufacturing tolerances of the pressure relief plug or the housing can be compensated for in a simple manner.

Der Druckentlastungsstopfen ermöglicht im Betriebseinsatz mithin selbst bei einer mit der Wandung verklebten Dichtlippe ein deutlich verbessertes Ansprechverhalten auf einen Anstieg des Betriebsdrucks P im Gehäuseinneren, d. h. ein zuverlässigeres Entlüften des Gehäuseinneren bei Erreichen bzw. Überschreiten eines variabel vorgebbaren maximalen atmosphärischen Betriebsdrucks P_lim im Gehäuseinneren.The pressure relief plug enables a significantly improved response to an increase in the operating pressure P inside the housing, ie more reliable venting of the inside of the housing when a variably definable maximum atmospheric operating pressure P _lim inside the housing is reached or exceeded, even when the sealing lip is glued to the wall.

Der Abstützbereich kann sich nach der Erfindung in einer radialen Richtung zumindest teilweise außerhalb der Mantelfläche des Grundkörpers erstrecken. Mit anderen Worten kann sich der Abstützbereich in einer radialen Richtung über die Mantelfläche des Grundkörpers hinauserstrecken oder aber in radialer Richtung vollständig außerhalb der Mantelfläche angeordnet sein. Dadurch kann eine Veränderung der am Abstützbereich angreifenden Axialkraft F_A zuverlässig in ein Moment umgesetzt werden, durch das der distale Endabschnitt verformt und eine aus der Axialkraft F_A abgeleitete und nach radial innen gerichtete Kraftkomponente F_R auf die Dichtlippe wirkt. Diese Kraftkomponente F_R ist der intrinsischen, d.h. der der Dichtlippe innewohnenden, maximal möglichen Anpresskraft F_Pi der Dichtlippe entgegengerichtet. Die intrinsische Anpresskraft F_Pi der Dichtlippe bestimmt sich insbesondere nach dem radialen Übermaß des Druckentlastungsstopfens mitsamt Dichtlippe relativ zum Nenndurchmesser des Druckentlastungskanals des mit dem Druckentlastungsstopfen zu versehenden Gehäuses und den Materialeigenschaften, insbesondere dem E-Modul, der Dichtlippe. Dadurch liegt die Dichtlippe an der Wandung bzw. Dichtfläche des Gehäuses mit einer resultierenden variabel einstellbaren Vorspannkraft F_p dichtend an.According to the invention, the support area can extend in a radial direction at least partially outside the lateral surface of the base body. In other words, the support area can extend beyond the lateral surface of the base body in a radial direction or can be arranged completely outside of the lateral surface in the radial direction. As a result, a change in the axial force F _A acting on the support area can be reliably converted into a moment by which the distal end section is deformed and a force component F _R derived from the axial force F _A and directed radially inwards acts on the sealing lip. This force component F _R opposes the intrinsic maximum possible contact pressure force F _Pi of the sealing lip, ie the sealing lip's inherent maximum. The intrinsic contact pressure F _Pi of the sealing lip is determined in particular by the radial oversize of the pressure relief plug together with the sealing lip relative to the nominal diameter of the pressure relief channel of the housing to be provided with the pressure relief plug and the material properties, in particular the modulus of elasticity, of the sealing lip. As a result, the sealing lip is in sealing contact with the wall or sealing surface of the housing with a resultant, variably adjustable prestressing force F _p .

Der Abstützbereich des distalen Endabschnitts des Grundkörpers kann nach einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung einen oder mehrere radial verlaufende Strömungskanäle aufweisen. Dadurch wird auch bei umlaufender Abstützung des Abstützbereichs des Grundkörpers an einem planen (ringförmigen) Widerlager eine direkte fluidische Kommunikation der Dichtlippe mit dem Gehäuseinneren ermöglicht. Die Strömungskanäle können beispielsweise durch, bevorzugt in radialer Richtung verlaufend angeordnete, Rippen oder Nuten des Abstützbereichs gebildet sein. Alternativ ist auch eine Durchgangsbohrung vorstellbar, die den distalen Endabschnitt durchgreift. Es versteht sich, dass die proximale Öffnung der Durchgangsbohrung distal der Anbindung der Dichtlippe am Grundkörper angeordnet sein muss.According to a particularly preferred development of the invention, the support area of the distal end section of the base body can have one or more radially running flow channels. As a result, direct fluidic communication of the sealing lip with the interior of the housing is made possible even when the support area of the base body is supported all around on a planar (annular) abutment. The flow channels can be formed, for example, by ribs or grooves of the support area, preferably arranged running in the radial direction. Alternatively, a through-bore is also conceivable, which reaches through the distal end section. It goes without saying that the proximal opening of the through hole must be arranged distally of the connection of the sealing lip to the base body.

Der Abstützbereich kann insbesondere durch die Stirnfläche des distalen Endabschnitts des Grundkörpers gebildet sein. Alternativ kann am distalen Endabschnitt auch ein Ringbund angeformt sein, der den distalen Endabschnitt zumindest abschnittsweise radial außenseitig umgreift und welcher den Abstützbereich bildet.The support area can be formed in particular by the end face of the distal end section of the base body. Alternatively, an annular collar can also be formed on the distal end section, which collar surrounds the distal end section at least in sections radially on the outside and which forms the support area.

Besonders bevorzugt weist der distale Endabschnitt eine zentrale Materialschwächung auf, die sich von der distalen Stirnseite des Grundkörpers axial in Richtung des proximalen Endabschnitts erstreckt. Die Materialschwächung kann beispielsweise durch einen Weichmaterialeinsatz im Grundkörper, oder eine zentrale Vertiefung bzw. Ausnehmung gebildet sein. Die Ausnehmung/Vertiefung kann insbesondere halbkugel- oder kegelförmig ausgeführt sein. Dadurch kann im Einbauzustand des Druckentlastungsstopfens eine vereinfachte Verformbarkeit des distalen Endabschnitts, d. h. eine besonders feinfühlige und einfache Einstellung der Kontaktpressungskraft der Dichtlippe erreicht werden. Die zentrale Materialschwächung/Ausnehmung bzw. Vertiefung ist vorzugsweise in einer radialen Richtung außenseitig, bevorzugt umlaufend, durch die Abstützfläche, vorzugsweise unmittelbar, begrenzt.The distal end section particularly preferably has a central material weakening which extends axially from the distal end face of the base body in the direction of the proximal end section. The weakening of the material can be formed, for example, by using a soft material in the base body, or by a central indentation or recess. The recess/depression can in particular be hemispherical or conical. As a result, in the installed state of the pressure relief plug, simplified deformability of the distal end section, i. H. a particularly sensitive and simple adjustment of the contact pressure force of the sealing lip can be achieved. The central material weakening/recess or indentation is preferably delimited in a radial direction on the outside, preferably circumferentially, by the support surface, preferably directly.

Ist die Materialschwächung des distalen Endabschnitts des Druckentlastungsstopfens als eine kegelförmige oder kegelstumpfförmige Ausnehmung ausgeführt, kann die Wandung der Ausnehmung den Abstützbereich des Grundkörpers bilden. Das Widerlager des Gehäuses, in dem der Druckentlastungsstopfen einzusetzen ist, ist in diesem Fall vorzugsweise durch einen Kegelstumpf mit einem im Vergleich zur Wandung der Ausnehmung stumpferen Kegelwinkel versehen, um in Abhängigkeit von der Axialkraft F_A ein Aufweiten des distalen Endabschnitts des Grundkörpers und eine damit einhergehende Vergrößerung der an der Dichtlippe angreifenden Radialkraft F_R zu ermöglichen.Is the material weakening of the distal end portion of the pressure relief plug as a conical or frusto-conical recess executed, the wall of the recess can form the support area of the base body. The abutment of the housing, in which the pressure relief plug is to be inserted, is preferably provided in this case by a truncated cone with a cone angle that is more obtuse than the wall of the recess, in order to ensure, depending on the axial force F _A , that the distal end section of the base body is widened and associated increase in the radial force F _R acting on the sealing lip.

Unter fertigungstechnischen Aspekten hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Druckentlastungsstopfen zur Längsachse L vollständig oder teilweise rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Dadurch können zudem der Einbau in das Gehäuse vereinfacht und mögliche Fehlerquellen bei der Herstellung und Montage des Druckentlastungsstopfens minimiert werden.From a manufacturing point of view, it has proven to be advantageous if the pressure relief plug is designed to be completely or partially rotationally symmetrical with respect to the longitudinal axis L. This also simplifies installation in the housing and minimizes possible sources of error in the manufacture and assembly of the pressure relief plug.

Der Druckentlastungsstopfen ist vorzugsweise einstückig ausgeführt, um eine einfache Fertigung, etwa als ein Spritzgießteil, zu ermöglichen.The pressure relief plug is preferably made in one piece in order to enable simple manufacture, for example as an injection molded part.

Das erfindungsgemäße Gehäuse kann insbesondere ein Batteriegehäuse sein und auch als ein Behälter bezeichnet werden. Das Gehäuse weist eine Überdrucksicherung auf, die einen Druckentlastungskanal und einen Druckentlastungsstopfen umfasst, der im Druckentlastungskanal im (bezogen auf die Längsachse des Druckentlastungsstopfens radial außendichtenden) Dichtsitz angeordnet ist. Der Druckentlastungskanal erstreckt sich vom Gehäuseinneren zur Gehäuseaußenseite und ist durch eine (Kanal-)Wandung begrenzt. Der Druckentlastungsstopfen ist in der vorstehend erläuterten Weise ausgebildet und liegt mit seiner umlaufenden Dichtlippe in einer radialen Richtung an der Wandung des Druckentlastungskanals mit einer Vorspannkraft F_P umlaufend dichtend an. Die Dichtlippe ist durch einen ansteigenden atmosphärischen Innendruck des Gehäuses deaktivierbar und in axialer Richtung (nach außen) fortschreitend in einer radialen Richtung von der Wandung wegbewegbar, bis der Druckentlastungskanal zwecks einer Druckentlastung des Gehäuseinneren bei Erreichen oder Überschreiten eines atmosphärischen Maximaldrucks P_lim im Gehäuseinneren freigegeben ist. Das Gehäuse umfasst ferner ein Vorspannelement, das in einer axialen Richtung verstellbar (und in axialer Richtung lagefixierbar) am Gehäuse angeordnet ist, und durch das der Druckentlastungsstopfen mit seinem Abstützbereich in axialer Richtung gegen ein Widerlager des Gehäuses gespannt ist, wobei der Maximaldruck P_lim durch ein axiales Verstellen des Vorspannelements

a) in Richtung auf das Widerlager reduzierbar ist; und
b) in einer von dem Widerlager wegweisenden Richtung vergrößerbar ist.

The housing according to the invention can in particular be a battery housing and can also be referred to as a container. The housing has an overpressure safety device, which includes a pressure relief channel and a pressure relief plug, which is arranged in the pressure relief channel in the sealing seat (sealing radially outwards with respect to the longitudinal axis of the pressure relief plug). The pressure relief channel extends from the inside of the housing to the outside of the housing and is delimited by a (channel) wall. The pressure relief plug is designed in the manner explained above and with its circumferential sealing lip bears in a radial direction against the wall of the pressure relief channel with a prestressing force F _P in a circumferentially sealing manner. The sealing lip can be deactivated by an increasing atmospheric internal pressure of the housing and can be moved away from the wall in an axial direction (outward) progressively in a radial direction until the pressure relief channel is released for the purpose of relieving pressure in the interior of the housing when a maximum atmospheric pressure P _lim is reached or exceeded in the interior of the housing . The housing also includes a prestressing element, which is arranged on the housing so that it can be adjusted in an axial direction (and fixed in position in the axial direction), and by means of which the pressure relief plug is clamped with its support area against an abutment of the housing in the axial direction, with the maximum pressure P _lim passing through an axial displacement of the biasing element

a) can be reduced towards the abutment; and
b) can be enlarged in a direction pointing away from the abutment.

Mit anderen Worten ist der maximale Betriebsdruck P_lim durch eine zum gewünschten maximalen Betriebsdruck P_lim korrespondierende Axialkraft F_a des Durchentlastungsstopfens bzw. dessen Abstützbereichs gegen das Widerlager des Gehäuses variabel einstellbar. Dies bei einem mit einer radial außendichtenden Dichtlippe. Der Gehäuse ist aufgrund des feinabgestuft und präzis einstellbaren maximalen Betriebsdrucks P_lim insbesondere für kritische Anwendungen geeignet, bei denen es einerseits auf eine suffiziente Abdichtung des Gehäuseinneren gegenüber der Außenseite und zugleich auf eine sichere Druckbegrenzung des Innenraumdrucks des Gehäuses ankommt.In other words, the maximum operating pressure P _lim can be variably adjusted by an axial force F _a of the relief plug or its support area against the abutment of the housing, which corresponds to the desired maximum operating pressure P _lim . This is the case with a sealing lip that seals radially outwards. Due to the finely graded and precisely adjustable maximum operating pressure P _lim , the housing is particularly suitable for critical applications in which the interior of the housing must be adequately sealed from the outside and the interior pressure of the housing must be reliably limited at the same time.

Das Vorspannelement kann besonders bevorzugt durch eine Kappe, insbesondere eine Schraubkappe, gebildet sein, die mit dem Gehäuse im gegenseitigen (Schraub-)Gewindeeingriff steht. Die Kappe bietet darüber hinaus den Vorteil einer unverlierbaren Lagesicherung des Druckentlastungsstopfens im Druckentlastungskanal sowie einen Schutz der Überdrucksicherung des Gehäuses vor mechanischen Beschädigung bzw. einem Eindringen grober Verunreinigungen.The prestressing element can particularly preferably be formed by a cap, in particular a screw cap, which is in mutual (screw) thread engagement with the housing. The cap also offers the advantage of captively securing the position of the pressure relief plug in the pressure relief channel and protecting the overpressure protection of the housing against mechanical damage or the ingress of coarse contaminants.

Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

1 ein Gehäuse für einen Energiespeicher mit einer Überdrucksicherung mit einem Druckentlastungskanal, der im Normalbetrieb mittels eines Druckentlastungsstopfens fluiddicht verschlossen ist, in einer Schnittdarstellung; und
2 den Druckentlastungsstopfen gemäß 1 in einem Detailausschnitt.

The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment shown in the drawing. Show in the drawing:

1 a housing for an energy store with an overpressure safety device with a pressure relief channel, which is closed in a fluid-tight manner by means of a pressure relief plug during normal operation, in a sectional view; and
2 according to the pressure relief plug 1 in a detail.

1 zeigt einen Behälter bzw. ein Gehäuse 10, das hier als ein Batteriegehäuse mit einem im Gehäuse 10 angeordneten Lithium-Ionen-Akkumulator 12, ausgeführt ist. Es versteht sich, dass das Gehäuse 10 auch bei anderen technischen Anwendungen, insbesondere als Transportbehältnis oder dergl. eingesetzt werden kann. Der Gehäuse 10 weist eine Überdrucksicherung 14 auf. Die Überdrucksicherung 14 umfasst einen Druckentlastungskanal 16, in dem ein Druckentlastungsstopfen 18 im Dichtsitz angeordnet ist. Der Druckentlastungsstopfen 18 verschließt den Druckentlastungskanal 16 im gezeigten Betriebszustand fluiddicht. Der Druckentlastungskanal 16 erstreckt sich vom Innenraum oder Gehäuseinneren 20 zur Gehäuseaußenseite 22. Der Druckentlastungskanal 16 weist hier ein erstes Kanalsegment 16a und ein zweites Kanalsegment 16b auf. Das erste Kanalsegment 16a ist mit dem Gehäuseinneren 20 unmittelbar fluidisch verbunden, während das zweite Kanalsegment 16b mit der Gehäuseaußenseite 22 unmittelbar fluidisch verbunden ist. Das zweite Kanalsegment 16b weist einen im Vergleich zum ersten Kanalsegment 16a kleineren durchströmbaren Querschnitt auf. Eine Auslassöffnung des Druckentlastungskanals ist mit 24 bezeichnet. 1 shows a container or a housing 10 which is designed here as a battery housing with a lithium-ion accumulator 12 arranged in the housing 10 . It goes without saying that the housing 10 can also be used in other technical applications, in particular as a transport container or the like. The housing 10 has an overpressure safety device 14 . The overpressure protection 14 includes a pressure relief channel 16 in which a pressure relief plug 18 is arranged in the sealing seat. The pressure relief plug 18 closes the pressure relief channel 16 in a fluid-tight manner in the operating state shown. The pressure relief channel 16 extends from the interior or housing interior 20 to the housing outside 22. The pressure relief channel 16 here has a first channel segment 16a and a second channel segment 16b. The first channel segment 16a is with The housing interior 20 is directly fluidly connected, while the second channel segment 16b is directly fluidly connected to the housing outside 22. The second channel segment 16b has a smaller flow cross section than the first channel segment 16a. An outlet opening of the pressure relief channel is denoted by 24 .

Der Druckentlastungsstopfen 18 ist derart ausgelegt, dass dieser bei Erreichen bzw. Überschreiten eines vorgegebenen maximalen Betriebsdrucks P_lim im Gehäuseinneren 20 den Druckentlastungskanal 16 freigibt, d. h. den Innenraum 20 und die Gehäuseaußenseite 22 fluidisch miteinander verbindet, um einen atmosphärischen Druckausgleich zu ermöglichen. Der maximale Betriebsdruck P_lim entspricht mithin dem Öffnungsdruck des Druckentlastungsstopfens 18.The pressure relief plug 18 is designed such that it releases the pressure relief channel 16 when a predetermined maximum operating pressure P _lim in the housing interior 20 is reached or exceeded, ie fluidically connects the interior space 20 and the housing exterior 22 to allow atmospheric pressure equalization. The maximum operating pressure P _lim therefore corresponds to the opening pressure of the pressure relief plug 18.

Der Druckentlastungsstopfen 18 ist in 2 in einem vergrößerten Detailausschnitt gezeigt. Der Druckentlastungsstopfen besteht hier beispielhaft aus einem Elastomer, d. h. insgesamt aus einem gummielastisch verformbaren Material, und kann insbesondere einstückig, etwa als ein kostengünstig zu fertigendes Spritzgussteil, ausgeführt sein. Es versteht sich, dass der Druckentlastungsstopfen bei Bedarf eine Armierungseinlage oder eine Beschichtung aufweisen kann. Der Druckentlastungsstopfen 18 weist einen - hier beispielhaft zylindrischen - Grundkörper 26 mit einer Mantelfläche 28 und einem proximalen und einem distalen Endabschnitt 30, 32 auf. Die Längsachse des Druckentlastungsstopfens 18 ist mit L bezeichnet. Der Grundkörper 26 kann auch eine polygonale, insbesondere sechs- oder achteckige, Querschnittsform aufweisen.The pressure relief plug 18 is in 2 shown in an enlarged detail. The pressure relief plug consists here, for example, of an elastomer, that is to say overall of an elastically deformable material, and can in particular be designed in one piece, for example as an injection-molded part that can be produced inexpensively. It goes without saying that the pressure relief plug can have a reinforcement insert or a coating if required. The pressure relief plug 18 has a base body 26 with a lateral surface 28 and a proximal and a distal end section 30 , 32 , which is cylindrical here by way of example. The longitudinal axis of the pressure relief plug 18 is labeled L. The base body 26 can also have a polygonal, in particular hexagonal or octagonal, cross-sectional shape.

Am Grundkörper 26, genauer an dessen distalen Endabschnitt 32, ist eine umlaufende gummielastisch verformbare Dichtlippe 34 angeformt. Der Verbindungsbereich zwischen der Dichtlippe 34 und Grundkörper 26 ist mit 36 bezeichnet. Die Dichtlippe 34 erstreckt sich - bezogen auf die Längsachse L - vom distalen Endabschnitt 32 in einer radialen Richtung nach außen sowie axial in Richtung des proximalen Endabschnitts 30 vom Grundkörper 26 bzw. dem distalen Endabschnitt 32 weg.On the base body 26, more precisely on its distal end section 32, a circumferential elastically deformable sealing lip 34 is formed. The connection area between the sealing lip 34 and the base body 26 is denoted by 36 . The sealing lip 34 extends—relative to the longitudinal axis L—from the distal end section 32 in a radial direction outwards and axially in the direction of the proximal end section 30 away from the base body 26 or the distal end section 32 .

Die Mantelfläche 28 und die Dichtlippe 34 begrenzen im unbelasteten Zustand des Druckentlastungsstopfens 18 sowie auch in dessen Montagezustand in radialer Richtung einen umlaufenden Freiraum 38. Der Freiraum 38 ermöglicht bei Erreichen oder Überschreiten des maximalen Gehäuseinnendrucks P_lim eine radiale Auslenkung der Dichtlippe 34 aus ihrer gezeigten Dichtposition in Richtung auf die Mantelfläche 28 bzw. die Längsachse L zwecks Entlüftung des Gehäuseinneren 20.The lateral surface 28 and the sealing lip 34 delimit a circumferential free space 38 in the radial direction in the unloaded state of the pressure relief plug 18 and also in its assembled state. The free space 38 enables a radial deflection of the sealing lip 34 from its sealing position shown when the maximum internal housing pressure P _lim is reached or exceeded in the direction of the lateral surface 28 or the longitudinal axis L for the purpose of venting the interior of the housing 20.

Die Dichtlippe 34 liegt an der Wandung 40 (2) des Druckentlastungskanals 16 umlaufend dichtend mit einer streng radial ausgerichteten Vorspannkraft F_P an. Die radiale Vorspannkraft F_P ist durch das dem gummielastisch verformbaren Material der Dichtlippe 34 innewohnende elastische Rückstellvermögen generiert. Der distale Endabschnitt 32 des Grundkörpers weist eine Stirnseite 42 auf, die einen axialen Abstützbereich 44 ausbildet, über den sich der Druckentlastungsstopfen 18 an einem Widerlager 46 in einer axialen Richtung abstützt. Das Widerlager 46 kann insbesondere durch eine Schulter der Wandung 40 des Druckentlastungskanals 16 gebildet sein.The sealing lip 34 lies against the wall 40 ( 2 ) of the pressure relief channel 16 circumferentially sealing with a strictly radially aligned biasing force F _P. The radial pretensioning force F _P is generated by the elastic resilience inherent in the elastically deformable material of the sealing lip 34 . The distal end section 32 of the base body has an end face 42 which forms an axial support area 44 via which the pressure relief plug 18 is supported on an abutment 46 in an axial direction. The abutment 46 can in particular be formed by a shoulder of the wall 40 of the pressure relief channel 16 .

Der distale Endabschnitt 32 ist gemäß 1 und 2 zwecks seiner vereinfachten Verformbarkeit vorzugsweise mit einer Materialschwächung 48, hier beispielhaft in Form einer stirnseitigen zentralen Ausnehmung oder Vertiefung, versehen. Die in der Fign. gezeigte Vertiefung ist im Wesentlichen konisch ausgeführt. Der Abstützbereich 44 umgreift die Materialschwächung 48 abschnittsweise in einer radialen Richtung. Zu beachten ist, dass sich der Abstützbereich 44 in einer radialen Richtung zumindest abschnittsweise über die Mantelfläche 28 (1) des Grundkörpers 26 hinauserstreckt.The distal end portion 32 is according to 1 and 2 for the purpose of its simplified deformability, it is preferably provided with a material weakening 48, here by way of example in the form of a front-side central recess or indentation. The in Figs. shown deepening is essentially conical. The support area 44 partially surrounds the material weakening 48 in a radial direction. It should be noted that the support area 44 extends in a radial direction at least in sections over the lateral surface 28 ( 1 ) of the base body 26 also extends.

Die Stirnseite 42 weist darüber hinaus im Abstützbereich mehrere radial verlaufende (Strömungs-) Nuten 50 auf, die einenends mit der Außenflanke 52 der Dichtlippe 34 fluidisch verbunden sind. Sofern vorhanden, sind die Nuten 50 anderenends mit der Materialschwächung (Vertiefung/Ausnehmung) fluidisch verbunden. Die Nuten 50 dienen jeweils als ein Strömungskanal für das aus dem Innenraum 20 des Gehäuses 10 bedarfsweise zu evakuierende Medium (z. B. Atmosphäre).The end face 42 also has a plurality of radially running (flow) grooves 50 in the support area, which are fluidically connected at one end to the outer flank 52 of the sealing lip 34 . If present, the grooves 50 are fluidically connected at the other end to the weakened material (depression/recess). The grooves 50 each serve as a flow channel for the medium (eg atmosphere) to be evacuated from the interior 20 of the housing 10 as required.

Der proximale Endabschnitt 30 (1) des Grundkörpers 26 dient der axialen Anlage eines Vorspannelements 54, mittels dessen der Druckentlastungsstopfen 18 in einer axialen Richtung gegen das Widerlager 46 spannbar ist. Das Vorspannelement 54 kann gemäß 1 insbesondere in Form einer Schraubkappe oder dergl. ausgebildet sein, die mit dem Gehäuse 10 im gegenseitigen Gewindeeingriff 56 steht.The proximal end portion 30 ( 1 ) of the base body 26 is used for the axial contact of a pretensioning element 54, by means of which the pressure relief plug 18 can be tensioned in an axial direction against the abutment 46. The biasing member 54 may be in accordance with 1 in particular in the form of a screw cap or the like., Which is in mutual threaded engagement 56 with the housing 10 .

Die Dichtlippe 34 ist bei Erreichen oder Überschreiten eines atmosphärischen maximalen atmosphärischen Innendrucks P_lim im Innenraum 20 des Gehäuses 10 - medienbetätigt - zumindest abschnittsweise von der Wandung 40 des Druckentlastungskanals 16 in einer radialen Richtung, dies in axialer Richtung fortschreitend, wegbewegbar, um den Druckentlastungskanal 16 freizugeben.When a maximum atmospheric internal pressure P _lim in the interior space 20 of the housing 10 is reached or exceeded, the sealing lip 34 can be moved - media-actuated - at least in sections from the wall 40 of the pressure relief channel 16 in a radial direction, progressively in the axial direction, in order to avoid the pressure relief channel 16 to release.

P_lim bzw. der damit übereinstimmende Öffnungsdruck des Druckentlastungsstopfens 18 ist durch die axiale Vorspannung des Druckentlastungsstopfens 18 gegen das gehäuseseitige Widerlager 46 einstellbar. Wird die am Druckentlastungsstopfens 18 angreifende Axialkraft F_A unter Abstützung des Druckentlastungsstopfens 18 am Widerlager 46 mittels des Vorspannelements 54 erhöht, so ist dadurch eine Verformung des distalen Endabschnitts 32 des Grundkörpers 26 bewirkt, derart, dass dadurch wiederum eine radial nach innen gerichtete Radialkraft F_R auf die im Dichtsitz angeordnete Dichtlippe 34 ausgeübt wird. Diese Radialkraft F_R ist der intrinsischen Vorspannkraft F der Dichtlippe 34 gegen die Wandung 40 entgegengerichtet, die in 2 grafisch dargestellte Vorspannkraft F_P ist die Resultierende. Die Dichtlippe 34 wird durch die Radialkraft F_R mithin entlastet.P _lim or the corresponding opening pressure of the pressure relief plug 18 is adjustable by the axial bias of the pressure relief plug 18 against the housing-side abutment 46. If the axial force F _A acting on the pressure relief plug 18 is increased while the pressure relief plug 18 is supported on the abutment 46 by means of the pretensioning element 54, this causes a deformation of the distal end section 32 of the base body 26 in such a way that this in turn causes a radial force F _R directed radially inwards is exerted on the sealing lip 34 arranged in the sealing seat. This radial force F _R opposes the intrinsic prestressing force F of the sealing lip 34 against the wall 40, which in 2 The graphically represented preload force F _P is the resultant. The sealing lip 34 is therefore relieved by the radial force F _R .

Wird die axiale Anlagekraft F_A des Druckentlastungsstopfens 18 gegen das gehäuseseitige Widerlager 46 mittels des Vorspannelements 54 verringert, so verformt sich der distale Endabschnitt 32 durch das ihm innewohnende elastische Rückstellvermögen in dazu entsprechender Weise wieder zurück, wodurch die die Dichtlippe 34 entlastende Radialkraft F_R reduziert wird. Die Vorspannkraft F_P der Dichtlippe 34 und damit P_lim werden größer. Die Radialkraft F_R bzw. der maximale Betriebsdruck P_lim verhalten sich mithin antiproportional zur Axialkraft F_A.If the axial contact force F _A of the pressure relief plug 18 against the housing-side abutment 46 is reduced by means of the prestressing element 54, the distal end section 32 deforms back in a corresponding manner due to its inherent elastic resilience, whereby the radial force F _R relieving the sealing lip 34 is reduced becomes. The pretensioning force F _P of the sealing lip 34 and thus P _lim increase. The radial force F _R and the maximum operating pressure P _lim therefore behave anti-proportionally to the axial force F _A .

Bei dem hier vorgeschlagenen radial dichtenden Druckentlastungsstopfen 18 kann somit der Öffnungsdruck P_lim durch eine jeweilige axiale Vorspannung des Druckentlastungsstopfens gegen das Widerlager variabel eingestellt werden. Dadurch können Fertigungstoleranzen der Bauteile hinsichtlich des maximal zulässigen Betriebsdrucks kompensiert und das überdruckgesicherte Gehäuse auch bei kritischen Anwendungen eingesetzt werden.In the case of the radially sealing pressure relief plug 18 proposed here, the opening pressure P _lim can thus be variably adjusted by a respective axial prestressing of the pressure relief plug against the abutment. As a result, manufacturing tolerances of the components with regard to the maximum permissible operating pressure can be compensated and the overpressure-protected housing can also be used in critical applications.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of documents cited by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

EP 1001905 B1 [0002]
EP 3292575 B1 [0003]

Claims

Pressure relief plug (18) for insertion into a pressure relief channel (16) of a housing (10), comprising: - a base body (26) with a lateral surface (28) which extends in the direction of the longitudinal axis L of the pressure relief plug (18) and which has a proximal and a distal end portion (30, 32); - an elastically deformable sealing lip (34) which is formed circumferentially on the distal end section (32) of the base body (26) and which extends away from the distal end section (32) in a radial direction and axially in the direction of the proximal end section (30), wherein a peripheral free space (38) between the lateral surface (28) and the sealing lip (34) is delimited in the radial direction by the lateral surface (28) and the sealing lip (34); - A support area (44) formed on the distal end section (32) for axially supporting the base body (26) on an abutment (46) of the housing (10), with an axial force F _A acting on the support area (44) generating an axial force F _A proportional deformation of the distal end section (32) and, associated therewith, a force F _R acting on the sealing lip 34, which is directed radially inwards towards the longitudinal axis L, is brought about.

Pressure relief plug (18) according to claim 1 , characterized in that the support area (44) extends in a radial direction at least partially outside the lateral surface (28) of the base body (26).

Pressure relief plug (18) according to claim 1 or 2 , characterized in that the support area (44) is formed by the end face (42) of the distal end section (32).

Pressure relief plug (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the support region (44) encompasses the longitudinal axis L of the pressure relief plug (18) at least in sections in the form of a ring.

Pressure relief plug (18) according to claim 4 , characterized in that the support area has at least one groove in order to allow a fluid passage between the support area (44) and the abutment (46) when the support area (44) rests on an abutment (46) of the housing (10).

Pressure relief plug (18) according to one of the preceding claims, characterized in that the distal end section (32) has a central material weakening (48), in particular in the form of a central recess, which extends from the distal end face (42) of the base body (26) extends axially towards the proximal end portion (30).

Pressure relief plug (18) according to claim 6 , characterized in that the material weakening (48) is designed in the shape of a cone or a truncated cone.

Pressure relief plug (18) according to claim 6 or 7 , characterized in that the central weakening of the material is delimited in a radial direction on the outside, preferably circumferentially, by the support area (44).

Pressure relief plug (18) according to claim 1 , characterized in that the pressure relief plug (18) to the longitudinal axis L is rotationally symmetrical.

Pressure relief plug (18) according to one of the preceding claims, characterized in that the pressure relief plug (18) is made in one piece.

Housing (10), in particular battery housing, with an overpressure safety device (14) comprising: - a pressure relief channel (16) which extends from the housing interior (24) to the housing exterior (26) and which is delimited by a wall (40); - a pressure relief plug (18) according to one of the preceding claims, which is arranged in the pressure relief channel (16) and which with its peripheral sealing lip (34) bears in a radial direction against the wall (40) with a prestressing force F in a peripherally sealing manner, wherein the The sealing lip (34) can be moved away from the wall of the pressure relief duct (16) in a radial direction, at least in sections, when the maximum atmospheric pressure value P _lim in the housing interior (20) is reached or exceeded, in order to release the pressure relief duct (16) for the purpose of relieving the pressure in the housing interior (20), - A prestressing element (54) which is arranged on the housing (10) so that it can be adjusted in an axial direction relative to the longitudinal axis L of the pressure relief plug (18), and through which the pressure relief plug (16) with its support area (46) against an abutment ( 46) of the housing (10) can be tensioned, with the maximum pressure value P _lim being able to be reduced by an axial displacement of the pretensioning element (54) a) in the direction of the abutment (46); and b) is expandable in a direction away from the abutment (46).

Housing (10) according to claim 11 , characterized in that the biasing member (54) is in mutual threaded engagement (56) with the housing (10).

housing according to claim 11 or 12 , characterized in that the abutment (46) is formed by a wall projection of the housing (10) which projects into the pressure relief channel (16).

Housing (10) according to claim 11 or 12 , characterized in that the housing (10) is a battery housing.