DE4041124A1 - Sicherheitsventil fuer galvanische zellen oder fuer ein batteriegehaeuse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Sicherheitsventil für galvanische Zellen bzw. für ein Batteriegehäuse, im folgenden Batteriege­ häuse genannt, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie es beispielsweise aus der EP-OS 3 06 146 als bekannt hervorgeht.

Das zugrundegelegte Sicherheitsventil für Batteriegehäuse weist eine monolitisch an das Gehäuse angeformte Einbauöffnung auf, an die an ihrer unteren Stirnseite eine Ventilöffnung angeord­ net ist. Die Einbauöffnung ist zylindrisch ausgebildet und in ihren Hohlraum ragt ein kleiner, im Querschnitt schneidenför­ miger Rohransatz der Ventilöffnung. Dieser Rohransatz ist von einem elastischen Ventilschlauch umgeben, der sich über einen Teil der axialen Erstreckung des Rohransatzes anlegt. Am ande­ ren Endbereich ist der Ventilschlauch über einen Haltekörper eines Ventilhalters gestülpt, der den Ventilschlauch axial fi­ xiert. Der Ventilhalter weist ein Außengewinde auf, mit der er bis zu einem Anschlag in ein in der Einbauöffnung angeordnetes Innengewinde einschraubbar ist. Bei der gattungsgemäßen Kon­ struktion ist wie ersichtlich die Ausbildung des Batteriege­ häuses im Bereich der Einbauöffnung kompliziert. Ferner ist der Druck, bei dem der Ventilschlauch die Ventilöffnung freigibt, nur in groben Toleranzen vorgebbar und zudem nicht bzw. nur recht kompliziert überprüfbar. Desweiteren ist ein solches Ventil für in ihrem Innern einen Unterdruck aufweisende Batte­ rien ungeeignet, da in diesem Fall der Ventilschlauch über den Rohransatz in die Ventilöffnung gesaugt und somit undicht sein würde. Aber gerade bei solchen Batterien bzw. Zellen, die in ihrem Innern einen Unterdruck aufweisen, ist eine sehr hohe Dichtheit gefordert, um ihre Funktionsfähigkeit über viele Jahre hinweg aufrecht zu erhalten. Außerdem hat sich in der Praxis gezeigt, daß einschraubbare oder mit Bajonettverschluß eingebrachte Ventile immer wieder abgenommen werden, wodurch die Batterie u. U. funktionsunfähig wird.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Sicherheitsventil für galvanische Zellen oder für ein Batteriegehäuse zu entwickeln, das eine einfache Gehäusebauart aufweist, das extern vormontier- und überprüfbar ist, das einfach einbau-, aber nur schwer lösbar ist, das auch für Unterdruckbatterien geeignet ist und das eine geringe Permeationsrate aufweist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merk­ malen des Anspruchs 1 gelöst. Das Ventilrohr kann mit dem Ven­ tilschlauch und der Dichtung extern vormontiert und überprüft werden. Anschließend wird es einfach in die Einbauöffnung ein­ gesteckt, wobei die Schulter die axiale Einstecktiefe begrenzt und das Ventilrohr durch eine Verrastung axial gehaltert wird. Da die Ventilöffnung in den Außenumfang - Mantel - des Ventil­ rohres angeordnet ist, über welchen auch der Ventilschlauch gestülpt ist, kann der Ventilschlauch die Ventilöffnung bei Unterdruck nicht freigeben.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar. Im übrigen wird die Erfindung anhand von mehreren in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen im fol­ genden erläutet. Dabei zeigt

Fig. 1 ein in einer Einbauöffnung eines Batteriegehäuses verrastetes Ventilrohr,

Fig. 2 ein in einer vertieften Einbauöffnung eines Bat­ teriegehäuses verrastetes Ventilrohr,

Fig. 3 ein in einer vertieften Einbauöffnung durch einen Anschlag und eine Schutzkappenverrastung gehaltertes Ventilrohr,

Fig. 4 ein selbstverrastendes Ventilrohr in einer durch einen Kragen gebildeten Einbauöffnung und

Fig. 5 ein durch eine Verrastung und einen Bund axial gehaltertes Ventilrohr.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten baulich sehr einfachen Ventil 101 ist ein erfindungsgemäßes Ventilrohr 5 in die Einbauöffnung eines aus Kunststoff gebildeten, dickwandigen Batteriegehäuses 2′ eingesteckt, wobei die Leibung 10 der Einstecköffnung im Meridianschnitt zur Öffnungsseite hin konvex gewölbt ist. Das von der Einbauöffnung nach außen abragende und an seinem Au­ ßenumfang - Mantel 8 - den dichtend anliegenden Ventilschlauch 3 tragende Ventilrohr 5 ist an einer Stirnseite dichtend ver­ schlossen und an seiner batterieseitigen Stirnseite 6 offen. Der Hohlraum 7 des Ventilrohres 5 ist mit der am Mantel S des Ventilrohres 5 angeordneten Ventilöffnung 4 fluidisch verbun­ den, wobei die Ventilöffnung 4 vollständig von dem Ventil­ schlauch 3 überdeckt ist. Das ein Längen (L)/Durchmesser­ verhältnis (D) von größer eins aufweisende Ventilrohr 5 ist bezüglich seiner axialen Einstecktiefe in die Einbauöffnung durch eine am Ventilrohr 5 angeordnete Schulter 9 begrenzt, wobei das Maß der Länge L des Ventilrohres 9, gemessen von der Schulter 9 bis zur Anlage des radial frei beweglichen Endbe­ reiches des Ventilschlauches 3 am Ventilrohr 5, etwa dem Durchmesser D des Ventilrohres 5 im Bereich der Ventilöffnung 4 entspricht. Der in seiner axialen Erstreckung annähernd symmetrisch zur Ventilöffnung 4 angeordnete Ventilschlauch 3 weist an seinem einen Endbereich eine wulstartige Verstärkung 12 auf, die in eine am Ventilrohr 5 angeordnete abgesetzte Mantelfläche 15 hineinragt. Durch diese Anordnung der Verstär­ kung 12 in der abgesetzten Mantelfläche 15 ist der Ventil­ schlauch 3 axial fixiert. Diese Verstärkung 12 kann recht ein­ fach in die Einbauöffnung geschoben werden, wobei die engste Stelle der Verstärkung 12 stark komprimiert wird. Oberhalb und unterhalb dieser Stelle kann sich die Verstärkung 12 ausdehnen, wodurch eine gleichmäßige Kräfteverteilung ohne Axialkomponente entsteht, so daß der Ventilschlauch 3 in dieser Art der Verrastung überraschend gut fixiert ist. Eine solche Abdichtung stellt sozusagen eine umgekehrte Rundschnurdichtung dar. Da der eine Endbereich des Ventilschlauches 3 durch die Verstärkung 12 an seiner radialen Ausdehnung behindert ist, kann ein Gasüber­ druckabbau im Batterieinnern nur über den radial frei beweg­ lichen anderen Endbereich des Ventilschlauches 3 erfolgen. Da­ mit beim Abbau des Überdruckes im Batterieinnern das Ventilrohr 5 nicht aus der Einbauöffnung ausgedrückt wird, ist darauf zu achten, daß die durch die Verrastung zwischen der Leibung 10 und der abgesetzten Mantelfläche 15 von der Verstärkung 12 aufgebrachten Verrastungskräfte größer sind als die von dem Öffnungsdruck, der zum Öffnen des Ventilschlauches 3 notwendig ist, auf das Ventilrohr 5 wirkende Kraft. Damit der Ventil­ schlauch 3 einfach über das Ventilrohr 5 geschoben werden kann, ist es günstig, an seiner batterieaußenseitigen Stirnseite eine zum Ventilrohr 5 hin geneigte Fase 21 anzuordnen.

In manchen Fällen ist es notwendig, das Ventilrohr 5 vor einem Herausreißen zu schützen, da hierbei die Batterie funktionsun­ fähig würde. Soll, wie in Fig. 2 dargestellt, das Ventil 102 unter der Batterieoberfläche angeordnet werden, kann nahezu derselbe Ventilkörper 5 verwendet werden. Ein auffälliger Un­ terschied ist bei dieser Ausführung des Ventilrohres 5 der an der batterieaußenseitigen Stirnseite des Ventilrohres 5 ange­ ordnete, gasdurchlässige Deckel, der an seinem Rand in die Wandung des Batteriegehäuses mit der Kappenverrastung 20 ein­ rastet und so das Ventilrohr 5 mit einer weiteren Verrastung axial fixiert. Der batterieaußenseitig angeordnete Deckel hat zudem noch die Funktion einer Schutzkappe 19′, so daß von außen eindringender Schmutz bzw. mechanische Beanspruchungen die Funktion des Ventils 102 nicht beeinflussen. Ferner kann durch die Kappenverrastung 20 der Durchmesser der Schulter 9 kleiner gemacht werden. Das in die von der Zellenoberfläche nach innen geführte rohrartige Verlängerung eingesteckte Ventil 102 muß also nicht, wie es bisher in der Praxis üblich war, durch eine Ultraschall-Fernschweißung, die in der Praxis zu Ausfällen durch Undichtheit geführt hat, in der Einbauöffnung befestigt werden. Das Ventilrohr 5 kann aus Polyamid 6 gefertig werden, das eine sehr geringe Permeabilität - einen geringen Gasdurch­ tritt - aufweist.

Eine weitere Möglichkeit, das Ventilrohr 5 nicht über das Bat­ teriegehäuse hinausragen zu lassen und es dennoch axial zu fi­ xieren, ist in Fig. 3 dargestellt. Das Ventilrohr 5 ist in eine vertiefte Einbauöffnung eingesteckt, wobei der Leibung 10 der Einbauöffnung axial in Richtung des Batterieinneren ein eine mittige Bohrung aufweisender Anschlag nachgeordnet ist. Die lichte Weite der Bohrung dieses Anschlages ist kleiner als der Außendurchmesser der abgesetzten Mantelfläche 15. Dieser Anschlag unterstützt die Schulter 9, die die axiale Einstecktiefe begrenzt. Oberhalb der batterieaußenseitigen Stirnseite des Ventilrohres 5 ist eine mit dieser Stirnseite einen Kontakt aufweisende Schutzkappe 19′ in Form eines Deckels angeordnet, die mit dem Batteriegehäuse 2′ durch die Kappenverrastungen 20 gehaltert ist. Bei diesem Ausführungs­ beispiel des Ventiles 103 ist der Ventilschlauch 3 mit einer konstanten Wandstärke ausgeführt und erstreckt sich über die Schulter 9 auch entlang der abgesetzten Mantelfläche 15 des Ventilrohres 5. Wie in den bisherigen Fällen bildet er auch gleichzeitig die radial vorgespannte Dichtung, die zwischen der Leibung 10 und der abgesetzten Mantelfläche 15 angeordnet ist. Selbstverständlich kann die Dichtwirkung auch hier durch eine Verstärkung 12 erfolgen.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ventil 104, ragt das Ventil­ rohr 5 von der Oberfläche des aus einem dünnen Blech gebildeten Batteriegehäuses 2 nach außen ab. Über den außerhalb des Bat­ teriegehäuses 2 angeordneten Bereich des Ventilrohres 5 ist eine kegelstumpfförmig mit nach oben weisender Kegelspitze ausgebildete Schutzkappe 19 angeordnet, die an dem Ventilrohr 5 durch die Kappenverrastung 20 gehaltert ist. Bei den metalli­ schen Batteriegehäuse 2 ist die Wandung des Batteriegehäuses 2 am Rand der Einbauöffnung mit einem zum Batterieinnern hinra­ genden und kreisförmig axial abragenden Kragen 18 versehen, an dessen zylindrischer Leibung 10 das Ventilrohr 5 durch den in der Umfangsrille 13 angeordneten Ventilschlauch abgedichtet ist. Zur Verrastung des Ventilrohres 5 in der Einbauöffnung ist im Bereich des gehäuseseitigen Endbereiches des Ventilrohres 5 ein radial nach außen abragender und im Querschnitt widerha­ kenähnlicher Haltewulst 11 angeordnet, dessen Außendurchmesser größer als die lichte Weite der Einbauöffnung ist und dessen in einer achssenkrechten Ebene liegende sperrend wirkende Fläche an dem batterieinnenseitigen Ende des Kragens 18 anliegt. Wie alle bei den bisherigen Ausführungsbeispielen angesprochenen Schutzkappen 19, 19′ ist auch diese als Schutzhaube ausgebil­ dete Schutzkappe 19 gasdurchlässig, beispielsweise durch in sie angebrachte Bohrungen 22. Diese Schutzhaube ist gleichfalls ein axialer Anschlag beim Einstecken dieses Ventilrohres 104.

Eine weitere Variante der Erfindung ist das in Fig. 5 darge­ stellte Ventil 105. Das Ventilrohr 5 dieser Ausführung weist im Bereich seiner batterieaußenseitigen Stirnseite eine abgesetzte und im Durchmesser geringere Mantelfläche 15 auf, in die die Verstärkung 12 des Ventilschlauches 3 hineinragt. Als die Ein­ stecktiefe des Ventilrohres begrenzende Schulter ist an diesem Ventilrohr 5 ein Bund 14 angeordnet, der von dem Mantel 8 achssenkrecht nach außen abragt. Im Bereich der Leibung 10 der Einstecköffnung weist das Ventilrohr 5 einen zylindrischen Teil mit einer Umfangsnut 16 zur Aufnahme eines Rundschnur-Dicht­ ringes 17 auf, wobei der Rundschnur-Dichtring 17 gehäuseseitig an der zylindrischen Leibung 10 und an dem Nutgrund der Um­ fangsnut 16 radial dichtend anliegt. Verrastet ist dieses Ven­ tilrohr 105, ähnlich wie im vorherigen Ausführungsbeispiel, durch einen an seiner batterieinnenseitigen Stirnfläche 6 an­ geordneten Haltewulst 11, der den Kragen 18 des die Einbauöff­ nung bildenden Durchzuges hinterfaßt. Dem batterieaußenseitig abragenden Ventilrohr 5 ist ferner noch eine Schutzkappe 19 in Form einer Haube zugeordnet, die mit der Kappenverrastung 20 außenseitig an dem Bund 14 verrastet. Hierbei ist es, wie auch bei Fig. 4, günstig, die Kappenverrastung 20 leichter lösbar als die Ventilrohrverrastung auszubilden, damit beispielsweise bei Beschädigung des Ventilschlauches 3 dieser ausgewechselt werden kann und bei einem mutwilligen Abziehen der Schutzkappe 19 das Ventilrohr 5 in der Einbauöffnung verbleibt und die Batterie weiterhin funktionsfähig ist.

Um die ventilbedingte Permeation möglichst gering zu halten, kommt als Material für das Ventilrohr 5 insbesondere Polyamid 6 in Frage, da dessen Permeationskoeffizient für Luft und Stick­ stoff gegenüber anderen Kunststoffen sehr klein ist. Da es sich bei den Ventilrohren im Vergleich zu den Batteriegehäusen um kleine Körper handelt, stört deren Permeationseinfluß hier je­ doch weniger, so daß z. B. auch andere Kunststoffe wie Polyviniliden-Flourid oder Polyetheretherketon, das eine sehr hohe Wärmestandsfestigkeit besitzt, gut verwendet werden können. Auch ergibt sich eine Möglichkeit der Permeations­ reduzierung durch ein metallisieren dieser Kunststoffe. Insbe­ sondere eine Vernickelung ist wegen der Elektrolytbeständigkeit sehr vorteilhaft. Desweiteren können die Ventilrohre, da, wie oben aufgeführt, deren Einfluß auch auf die Masse der Batterie recht gering ist, auch aus Metallen wie Edelstahl oder Magne­ sium gefertigt werden.

Als Werkstoff für den Ventilschlauch und den eventuellen Rund­ schnur-Dichtring kann für untergeordnete Zwecke Butadien- Acrylnitril-Kautschuk verwendet werden. Für hochwertige Batte­ rien ist Butylkautschuk vorzuziehen, weil er gegenüber dem ebengenannten Werkstoff eine höhere Beständigkeit gegen den Elektrolyten, Ultraviolettlicht, Kälte und Wärme und vor allen Dingen einen niedrigeren Permeationskoeffizienten aufweist.

Claims (16)

1. Sicherheitsventil für eine galvanische Zelle oder für ein Batteriegehäuse, welches in einer im Batteriegehäuse angeord­ neten Einbauöffnung einbaubar ist, mit einer durch einen axial gehaltenen elastischen Ventilschlauch dichtend verschließbaren Ventilöffnung und ferner mit einem im Querschnitt runden, zap­ fenartigen und in den Ventilschlauch in definierter Tiefe ein­ gesteckten Ventilschlauchhalter, gekennzeichnet durch folgende Kombination von Merkmalen,

• - der Ventilschlauchhalter ist als in seinem Innern hohles Ventilrohr (5) ausgebildet, das von der Einbauöffnung nach außen abragt und das an seinem Außenumfang (Mantel 8) den dichtend anliegenden Ventilschlauch (3) trägt;
• - das Ventilrohr (5) ist an einer Stirnseite nach außen ver­ schlossen und an seiner anderen, batterieseitigen Stirn­ seite (6) offen;
• - der Hohlraum (7) des Ventilrohres (5) ist mit der am Mantel (8) des Ventilrohres (5) angeordneten und vom Ventil­ schlauch (3) vollständig überdeckten Ventilöffnung (4) fluidisch verbunden;
• - das Ventilrohr (5) weist ein Längen/Durchmesserverhältnis größer als eins auf;
• - das Ventilrohr (5) ist bezüglich der axialen Einstecktiefe in die Einbauöffnung durch eine am Ventilrohhr (5) ange­ ordnete Schulter (9) begrenzt und durch eine Verrastung axial darin gehaltert;
• - zwischen dem Mantel (8) des Ventilrohres (5) und der Lei­ bung (10) der Einbauöffnung ist eine zumindest radial dichtend anliegende Dichtung angeordnet;
• - der eine Endbereich des Ventilschlauches (3) ist an einer radialen Ausdehnung behindert;
• - zumindest der radial frei bewegliche und sich zur Umgebung öffnende Endbereich des Ventilschlauches (3) weist eine axiale Erstreckung auf, die gemessen von der Mitte der Ventilöffnung (4) zumindest gleich der lichten Weite der Ventilöffnung (4) ist.

2. Sicherheitsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschlauch (3) in seiner axialen Erstreckung annä­ hernd symmetrisch zur Ventilöffnung (4) angeordnet ist.

3. Sicherheitsventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des gehäuseseitigen Endbereiches des Ventilroh­ res (5) ein radial nach außen abragender, im Querschnitt wi­ derhakenähnlicher Haltewulst (11) angeordnet ist, dessen Au­ ßendurchmesser größer als die lichte Weite der Einbauöffnung ist und dessen in einer achssenkrechten Ebene liegende sperrend wirkende Fläche zum außenseitigen Ende des Ventilrohres (5) weist.

4. Sicherheitsventil nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschlauch (3) eine noppen- oder wulstartig nach innen ragende Verstärkung (12) aufweist, die in eine entspre­ chend gegenprofilierte Umfangsrille (13), formangepaßte Aus­ sparung oder einen Absatz des Ventilrohres (5) hineinragt.

5. Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilrohr (5) am gehäuseseitigen Ende eine gegenüber dem ventilöffnungsnahen Bereich mit kleinerem Durchmesser ab­ gesetzte Mantelfläche (15) aufweist, wobei sich der Ventil­ schlauch (3) auch über die abgesetzte Mantelfläche (15) axial hinweg erstreckt, wobei der Absatz zwischen den durchmesserun­ terschiedlichen Mantelflächen des Ventilrohres (5) die die Einstecktiefe begrenzende Schulter (9) bildet und der Ventil­ schlauch (3) gleichzeitig als Dichtung dient.

6. Sicherheitsventil nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leibung (10) der Einbauöffnung im Meridianquerschnitt zur Öffnungsmitte hin konvex gewölbt ist, daß das Ventilrohr (5) am gehäuseseitigen Ende eine gegenüber dem ventilöffnungsnahen Bereich im Sinne kleinerer Durchmesser abgesetzte Mantelfläche (15) aufweist, und daß die Verstärkung (12) des Ventilschlauches (3) die Dichtung ist.

7. Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilrohr (5) als Schulter (9) einen achssenkrecht nach außen abragenden Bund (14) aufweist und daß das Ventilrohr (5) im Bereich der Leibung (10) einen zy­ lindrischen Teil mit einer Umfangsnut (16) zur Aufnahme eines Rundschnur Dichtringes (17) aufweist, der gehäuseseitig an der zylindrischen Leibung (10) der Einbauöffnung dichtend anliegt.

8. Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung des Batteriegehäuses (2, 2′) am Rand der Ein­ bauöffnung einen kreisförmig verlaufenden und zum batterie­ innern ragenden Steg (18) aufweist, an dessen Leibung (10) das Ventilrohr (5) abgedichtet ist.

9. Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilrohr (5) auf seinem nach außen zugänglichen Be­ reich nahezu vollständig von einer Schutzkappe (19, 19′) um­ schlossen ist, die durch eine Kappenverrastung (20) axial ge­ haltert ist und die einen ungehinderten Druckausgleich zwischen dem von der Schutzkappe (19, 19′) umschlossenen Raum und der Umgebung zuläßt.

10. Sicherheitsventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzkappe (19) kegelstumpfförmig mit nach oben wei­ sender Kegelspitze ausgebildet ist.

11. Sicherheitsventil nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappenverrastung (20) gegenüber der Verrastung des Ventilrohres (5) leichter lösbar ausgebildet ist.

12. Sicherheitsventil nach Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilrohr (5) durch die Schutzkappe (19′) und/oder deren Kappenverrastung (20) axial gehaltert ist.

13. Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschlauch (3) an einer seiner Stirnseiten eine zum Ventilrohr (5) hin geneigte Fase aufweist.

14. Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Ventilschlauches (3), gemessen von der Schulter (9) zum radial frei beweglichen Endbereich des Ven­ tilschlauches (3) hin, etwa dem Durchmesser des Ventilrohres (5) im Bereich der Ventilöffnung (4) entspricht.

15. Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilrohr (5) aus metallisiertem Kunststoff, insbe­ sondere aus metallisiertem Polyamid 6, gefertigt ist.

16. Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschlauch (3) aus einem Elastomer mit geringer Permeation von Gasen und Dämpfen, insbesondere aus Methylkau­ tschuk, gefertigt ist.