EP3906587A1 - Entgasungseinheit und elektronikgehäuse, insbesondere batteriegehäuse - Google Patents

Entgasungseinheit und elektronikgehäuse, insbesondere batteriegehäuse

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EP3906587A1
EP3906587A1 EP19827639.6A EP19827639A EP3906587A1 EP 3906587 A1 EP3906587 A1 EP 3906587A1 EP 19827639 A EP19827639 A EP 19827639A EP 3906587 A1 EP3906587 A1 EP 3906587A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
membrane
base body
degassing unit
membrane carrier
seal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP19827639.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Robert Zbiral
Axel LIEBENDÖRFER
Thomas Jessberger
Markus Hanselmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mann and Hummel GmbH
Original Assignee
Mann and Hummel GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mann and Hummel GmbH filed Critical Mann and Hummel GmbH
Publication of EP3906587A1 publication Critical patent/EP3906587A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • F16K17/00—Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves
    • F16K17/02—Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves opening on surplus pressure on one side; closing on insufficient pressure on one side
    • F16K17/04—Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves opening on surplus pressure on one side; closing on insufficient pressure on one side spring-loaded
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16K15/02—Check valves with guided rigid valve members
    • F16K15/025—Check valves with guided rigid valve members the valve being loaded by a spring
    • F16K15/026—Check valves with guided rigid valve members the valve being loaded by a spring the valve member being a movable body around which the medium flows when the valve is open
    • F16K15/028—Check valves with guided rigid valve members the valve being loaded by a spring the valve member being a movable body around which the medium flows when the valve is open the valve member consisting only of a predominantly disc-shaped flat element
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    • F16K24/04—Devices, e.g. valves, for venting or aerating enclosures for venting only
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the invention relates to a degassing unit and an electronics housing, in particular a battery housing, in particular a traction battery of a motor vehicle.
  • Housings for accommodating electronic components such as battery cells and the like cannot be completely gas-tight against the environment, because on the one hand due to temperature fluctuations (e.g. due to heat input due to charging or discharging of battery cells) and on the other hand due to naturally occurring fluctuations in compressed air, especially in the case of mobile systems, a gas exchange between the interior and exterior must be enabled to prevent inadmissible mechanical loads on the housing, in particular bursting or bulging the housing.
  • temperature fluctuations e.g. due to heat input due to charging or discharging of battery cells
  • a gas exchange between the interior and exterior must be enabled to prevent inadmissible mechanical loads on the housing, in particular bursting or bulging the housing.
  • Pressure compensation devices are therefore known which have semipermeable membranes which are gas-permeable but liquid-impermeable.
  • burst protection for example in the case of lead-acid batteries, is known to use rupture disks in the sense of a “predetermined breaking point”, in particular made of a metallic sheet material, or safety flaps or valves that are inserted into a housing opening.
  • a degassing unit for a battery housing which has a base body which has a gas passage opening which is covered by a semi-permeable membrane which is permeable to gases but impermeable to liquids, the Membrane is fixed and fluid-tight connected to the base body, in particular welded.
  • the base body can be connected in a fluid-tight manner to a pressure compensation opening in the battery housing.
  • the membrane ensures gas exchange in normal operation due to its semi-permeable properties, while an emergency degassing mandrel facing the membrane is arranged on a cover body to implement an emergency degassing function, which perforates and tears the membrane when a limit expansion induced by an internal pressure of the housing is exceeded so that it breaks abrupt pressure equalization from the interior to the environment is possible.
  • a protective grille is connected to the base body, which is intended to rule out any interference with foreign bodies in the battery housing.
  • DE 10 201 1 080 325 A1 describes a similar degassing unit with a membrane held stationary on a base body, in which the emergency degassing function is also achieved via a targeted puncture of the membrane by means of a dome.
  • a degassing unit is known from DE 10 2017 003 360 B3, in which the functions of emergency degassing and ventilation are functionally separated in the normal state. While the ventilation in the normal state is realized by a nonwoven fabric fixed in the center of the base body, the emergency degassing is achieved by a screen valve that can be raised when a limit pressure is exceeded, which releases a radially external annular gap of the base body for emergency degassing.
  • the degassing units known from the prior art which already provide both ventilation in the normal state and emergency degassing, have the disadvantage that the emergency degassing pressure cannot be set with sufficient accuracy and that the flow cross section available for emergency degassing is severely limited .
  • Devices in which the membrane is perforated by a mandrel when a limit elongation is exceeded and are made to tear are robust, but have the disadvantage that the emergency degassing pressure is strongly dependent on the distance between the membrane and the mandrel tip, depending on the manufacturing tolerance, and on the manufacturing tolerance-dependent Deviations in the membrane thickness depends.
  • emergency degassing units of this type which operate on the principle of introducing a predetermined breaking point of the membrane, cannot be used reversibly, ie must be replaced after they have been triggered once.
  • DE 10 2014 1 1 1 041 A1 has disclosed a degassing unit with a displaceable membrane carrier which is pressed against a base body by spring elements integrated in one piece in the membrane carrier.
  • the membrane is provided on an inner side facing the base body and is pressed together.
  • the object of the present invention is therefore to provide a degassing unit for an electronics housing, in particular for a battery, in particular for a traction battery of a motor vehicle, which is characterized in that the emergency degassing pressure can be determined more precisely and that it can be reversibly inserted after an emergency degassing process is.
  • the degassing unit for an electronics housing in particular for a battery, in particular for a traction battery of a motor vehicle, has a base body which can be connected in a fluid-tight manner to an edge of a pressure compensation opening of the electronics housing.
  • the base body has at least one gas passage opening which is covered by a semipermeable membrane in a normal operating state of the degassing unit, the membrane allowing a passage of gaseous media from an environment into the electronics housing and vice versa, but preventing the passage of liquid media.
  • the membrane is fastened in a fluid-tight manner to a membrane carrier which can be displaced relative to the base body and which, in the normal operating state, is pressed by an axial force in a sealing manner against an axial seal surrounding an edge of the gas passage opening of the base body and when a predetermined pressure difference between an interior of the electronics housing and an environment is exceeded Release of at least one emergency degassing opening surrounding the membrane can be lifted off, in order thereby to convert the degassing unit into an emergency degassing state.
  • the axial seal is designed as a lip seal and consists of a softer material than the membrane carrier and / or the base body.
  • the term degassing unit was chosen for the device according to the invention.
  • the device according to the invention also allows ventilation of an interior of the electronics housing through the (porous) membrane in normal operation.
  • inside and outside refer to an assembly state with respect to the electronics housing, whereby “inside” means pointing to the electronics housing and “outside” means pointing to the surroundings.
  • the degassing unit according to the invention can be used to ensure an optimal seal at the base-battery housing interface, a housing seal ha ben, in particular in the form of an O-ring, which in the assembled state axially bezüg Lich an outer housing wall or radially in the pressure compensation opening of the battery riegeophuses can be pressed.
  • the base body and / or the membrane carrier can essentially consist of plastic, in particular thermoplastic, and in particular can be injection molded.
  • Preferred materials are polypropylene, polybutylene terephthalate or polyamide, each having reinforcing fibers, in particular glass fibers.
  • the membrane can be connected to the membrane carrier movable relative to the base body by gluing and / or welding, in particular by ultrasonic welding. As a result, inexpensive manufacture and sufficient tightness can be achieved.
  • the membrane can also be glued to the membrane carrier along a circumferential sealing line.
  • an emergency degassing pressure can be determined which is clearly definable in comparison with the prior art.
  • emergency degassing is not achieved by perforating the membrane and tearing it, but rather by lifting the membrane carrier from the base body under the action of an internal pressure in the housing, at least one emergency degassing opening being opened.
  • the emergency degassing pressure is therefore determined neither by the tolerance-afflicted membrane thickness nor by the design of the distance of a dome from the membrane surface, but solely by the influencing factors on the one hand the membrane surface used and on the other hand the contact pressure with which the membrane carrier to achieve the sealing effect the base body is pressed.
  • the membrane remains intact when the degassing unit is transferred to the emergency degassing state and can change after another if the emergency degassing pressure is reversibly shifted back together with the membrane support so that the degassing unit is ready for use again.
  • silicone rubber VMQ
  • fluororubber FKM
  • EPDM ethylene-propylene-diene rubber
  • the seal herein is understood to mean a component of the device other than the membrane.
  • the provision of a separate axial lip seal can ensure that the sealing contact between the base body and the membrane carrier has a high level of tightness against the ingress of foreign bodies and water, especially when pressurized (water passage, cleaning with a high-pressure cleaner).
  • An axial seal has the advantage over a radial seal that the release forces are significantly lower. While a radial seal, especially using radially sealing O-rings, can “stick” in the sealing seat, an axial lip seal enables axial force-releasing at any time.
  • the degassing unit according to the invention has the largest possible flow cross section for emergency degassing. After lifting the membrane carrier from the gas passage opening of the base body, the full cross section of the gas passage opening is also available for emergency degassing. This is conducive to rapid pressure reduction with minimization of the damage to the battery housing that can be expected.
  • the emergency degassing pressure cannot only be reduced with a width are defined, but it is also possible to trigger at significantly lower differential pressures as before, ie a very differentiated response behavior can be achieved.
  • the semipermeable membrane can be used for the semipermeable membrane, which have a gas permeability for ventilation in normal operation and a sufficiently high water impermeability.
  • Polytetrafluoroethylene (PTFE) can be used as the preferred material for the semipermeable membrane.
  • the semipermeable membrane has an average pore size, which can be between 0.01 microns and 20 microns.
  • the porosity is preferably about 50%; the average pore size is preferably about 10 microns.
  • the semipermeable membrane can preferably be designed as a film-like or film-like or disk-shaped, thin membrane.
  • the gas-permeable membrane has a membrane surface which is effective for gas permeation and which can preferably have a rectangular or round outer contour on its outer circumference.
  • the membrane is preferably a thin flat membrane, the membrane surfaces of which are directed away from one another and are effective for the passage of gas and are essentially parallel to one another and preferably essentially planar.
  • the membrane thickness of the membrane is very much smaller than its other outer dimensions.
  • the membrane can have a minimum width and / or a minimum length or a minimum outer diameter of equal to or greater than 20 mm, preferably equal to or greater than 30 mm, in particular equal to or larger than 40 mm, span.
  • the membrane edge thickness can in particular be at least 20 times, preferably at least 40 times, in particular at least 100 times, smaller than the minimum width and / or the minimum length or the minimum outside diameter of the membrane.
  • the membrane thickness can be 1 micrometer to 5 millimeters, a membrane thickness of 0.1 to 2 mm, in particular 0.15 to 0.5 mm, being preferred.
  • a circumference around the gas passage opening preferably a lip seal
  • the membrane carrier can be arranged on an inner side facing the base body or on the base body on an outer side facing the membrane support, which was in normal operation to face the gas passage opening seals the membrane.
  • the seal can be injection molded onto the membrane carrier or base body, for example by means of a two-component injection molding process. Alternatively, it can also be glued on.
  • the lip seal preferably has at least one sealing lip with a quasi linienför-shaped sealing line, which produces as little adhesion effects as possible and does not stick even after a long time.
  • the seal is preferably held or fixed in a circumferential seal receiving groove of the base body. Alternatively or additionally, the seal can also be glued to the base body or molded onto it by means of a two-component injection molding process.
  • the seal receiving groove is preferably provided on an outer side of the base body facing the membrane carrier, surrounding the gas passage opening.
  • a sealing lip receptacle groove can be provided, which can be conical in particular and which enables a sealing by means of the sealing lip which is optimized by the cone effect (conicity effect).
  • the seal receiving groove can also be present on the membrane carrier on its inner side facing the base body.
  • the at least one sealing lip can enclose an angle between 10 ° and 60 °, preferably between 20 ° and 45 °, with respect to a longitudinal axis. This reduces the axial forces required to deform the sealing lip and thus ensures a reliable seal using low axial forces.
  • the membrane can be connected to the membrane carrier in a fluid-tight manner all around, in particular welded all round, the membrane preferably on an inner side of the body facing the base body Membrane carrier is present.
  • a system or connection to the inside of the membrane carrier has the advantage that the membrane is held virtually positively against the membrane carrier when exposed to internal pressure and the connection (welding, bonding or the like) is not subjected to tension, which is particularly the case with It is important to use PTFE materials that are difficult to add anyway.
  • the membrane carrier can have a membrane outer protective grille, which at least partially spans the outside of the membrane surface, but with a sufficiently large proportion of area is permeable to fluids to enable gas exchange during normal operation.
  • the membrane carrier can be pressed against the base body by at least one spring element.
  • the spring element can preferably be a compression spring, in particular a spiral spring.
  • the invention is not limited to this. Rather, other spring elements not explicitly mentioned here are also included, such as disc springs and / or the spring tongues.
  • the degassing pressure can be determined very precisely and reproducibly by a suitable selection of the spring stiffness of the spring element.
  • the tripping characteristics can be further adjusted by using springs with customized spring characteristics, whereby progressive or, in particular, degressive spring characteristics are also possible. With a degressive characteristic curve, it is possible to set a specifically sluggish response behavior, while a progressive characteristic curve can achieve a faster response behavior.
  • the degassing unit can have a cover which is connected to the base body, the cover preferably having at least one ventilation opening.
  • the cover hood ensures that the outside of the membrane cannot be damaged with foreign bodies, such as pointed objects such as screwdrivers, etc., or with flap pressure cleaners and / or steam jets, and thus effectively contributes to a high IP protection class.
  • the Federele element at one end on an inner surface of the cover facing the membrane support and at the other end on an outer surface facing the cover Membrane support is supported.
  • the cover preferably has a spring guide or a spring plate on its inside facing the membrane carrier, which is designed to prevent the spring from slipping in particular radially.
  • the spring guide or the spring plate particularly preferably has a sleeve section which extends axially and from which, in the case of a spiral spring as a spring element, the spring is supported coaxially.
  • the membrane carrier can also have a spring guide or a spring plate, which is preferably present on the outer side of the membrane carrier facing the cover.
  • a further, likewise preferred, embodiment provides that the covering hood overlaps the outer circumference of the base body at least in part and is preferably fastened to the outer circumference of the base body by means of a catch element engagement.
  • overlap is associated with an axial overlap.
  • the spring force Via the connection of the cover hood to the base body, the spring force, which is introduced into the cover hood according to some embodiments, can be transmitted to the base body.
  • other fastening means are also suitable for fastening the cover hood to the base body, for example positive or non-positive fastening means such as screws or undercuts.
  • the linear guide is preferably designed as a combination of at least one corresponding pin and at least one bore, preferably at least one hole being present on an outside of the base body facing the membrane carrier and on the inside of the membrane carrier facing the base body a corresponding one with the bore Pin which is guided in the hole.
  • the invention is not limited to this, but also covers inverted versions. with pins on the base body and holes on the membrane support.
  • the cross-sectional shape of the bores and journals is not limited to circular cross-sections, but encompasses any complementary shapes that are capable of allowing the diaphragm support to be guided linearly with respect to the base body, for example a combination of a groove as a “bore” and a complementary one Sword as a “cone”, and other polygonal or elliptical cross-sectional shapes, at least in sections.
  • the gas passage opening of the base body is at least partially covered, preferably completely, by a fluid-permeable protective grid.
  • the protective grille serves as protection against intrusion into an interior of the electronics housing, so that objects such as screwdrivers or the like cannot get inside. This is particularly important, since traction batteries for vehicles are often operated in the high-voltage range and this can result in dangers.
  • the protective grille can have a plurality of spaced grating bars, the minimum spacing of which is to be selected such that an intervention can be reliably ruled out.
  • the grid bars can be arranged in a right-angled grid or as a combination of circumferential and radial grid bars.
  • the protective grille can in particular be formed in one piece with the base body or be connected to it as a separate component, in particular on an inside of the base body which faces the electronics housing in the state in which the degassing unit is mounted.
  • the protective grid can preferably be made of or consist of a metal or a plastic, preferably polypropylene and / or polybutylene terephthalate, each preferably having reinforcing fibers, in particular glass fibers.
  • a protective grille made of metal has the advantage that the protective function is retained even after exposure to high temperatures (e.g. fire). In a separate version of the protective grille, this can be screwed, riveted or connected by means of a hot stamp, for example.
  • the base body and / or the cover plastics come into consideration, in particular thermoplastic plastics, which are processed by injection molding. are cash.
  • the base body and / or the cover hood made of polypropylene, polybutylene terephthalate or polyamide, each having reinforcing fibers, in particular glass fibers, or at least one of these materials at least.
  • the base body can have at least one connecting means with which the degassing unit can be connected to the electronics housing, the connecting means preferably being formed as a bayonet connecting means or as a threaded connecting means.
  • the bayonet connection means particularly preferably protrudes axially from an inside of the base body, which faces the electronics housing in the assembled state.
  • the connection means can preferably be formed by one or more threaded bushes (in particular a threaded insert in plastic).
  • the degassing unit can have a housing seal which surrounds the inner side of the gas passage opening of the base body.
  • the housing seal can be designed as an axial or radial seal, i. H. in particular on an end face (in the case of the axial seal) or on a lateral surface (in the case of the radial seal).
  • the housing seal can be designed as an O-ring, which is received in a corresponding groove in the base body, or as an injection-molded sealing component.
  • An arrangement of the housing seal in an axial configuration is preferred, with the housing seal particularly preferably surrounding a bayonet connection means which projects in particular axially.
  • Another aspect of the invention relates to an electronics housing, in particular a battery housing, in particular a traction battery of a motor vehicle.
  • a further possible uses of the degassing unit according to the invention in addition to traction batteries are, for example, control cabinets or transformer housings.
  • the electronics housing has at least one housing wall with a pressure compensation opening
  • battery cells can preferably be arranged in the electronics housing and the pressure compensation opening is closed by a degassing unit according to the invention, so that a gas exchange between an interior of the electronics housing and the environment is possible in a normal operating state, but this Penetration of moisture (water), dirt and foreign bodies is effectively prevented and a quick-release emergency degassing function is provided, which in the event of a pressure increase in the Interior prevents damage or destruction of the wall of the electronics housing.
  • At least one counter-connection means corresponding to the bayonet connection means of the degassing unit can be present on the housing wall in a region surrounding the pressure equalization opening.
  • the outside of the housing wall can have a sealing surface surrounding the pressure compensation opening, against which the housing seal of the degassing unit rests in an assembled state.
  • the sealing surface is preferably designed as an area of the wall of the electronics housing with the smallest possible deviations in terms of flatness and low roughness.
  • Figure 1 is an exploded isometric view of a degassing unit according to the invention.
  • Figure 2 is a longitudinal sectional view of the degassing unit according to the invention in the normal operating state.
  • Fig. 3 is a longitudinal sectional view of the degassing unit according to the invention in the No tentgasungsschreib;
  • Fig. 4 is a longitudinal sectional view of the degassing unit according to the invention in the normal operating state with the cover hood hidden;
  • FIG. 5 detail B from FIG. 4;
  • FIG. 6 detail of an alternative sealing solution.
  • the degassing unit 10 is in an isometric explosion shown ons.
  • This has a base body 1, the Bajonettver binding means 13 which protrude axially from an inner end face of the base body 1 with the edge of a pressure compensation opening of an electronics housing, in particular a battery housing of a traction battery, can be connected.
  • a housing seal 7 is provided, which is designed here as an axially acting O-ring.
  • the base body has a gas passage opening 15 through which pressure equalization takes place both in the normal operating state and pressure can escape from the battery housing in the emergency degassing state.
  • the gas passage opening 15 is covered by a fluid-permeable protective grille 12, which provides protection against tampering and prevents that live components inside the electronics housing are touched and / or damaged by pointed objects.
  • the protective grid 12 has a plurality of grid webs which are arranged both circumferentially and in the radial direction and form a network of grid webs.
  • the protective grille 12 is formed in the present embodiment, in one piece with the base body 1, in particular injection-molded in one piece.
  • the degassing unit 10 has a membrane carrier 2, which is displaceable in the axial direction relative to the base body 1, i. H. it has a degree of freedom of movement in the axial direction.
  • the membrane carrier 2 carries on its inside facing the base body 1 a semipermeable membrane 6, which is permeable to gaseous fluids, but prevents the passage of solids and liquids.
  • the semipermeable membrane 6 is connected to the membrane carrier 2 in a fluid-tight manner around the gas passage opening 24 of the membrane carrier 2, preferably welded or glued.
  • the membrane carrier 2 is axially pressed in the normal operating state of the Entgasungsein unit 10 by a spring element 4, here a spiral spring, in a direction pointing to the base body 1, so that a provided in the axial direction between the membrane carrier 2 and base body 1 circumferential seal 5 opposite the membrane carrier 2 seals the base body 1.
  • a spring element 4 here a spiral spring
  • the spiral spring 4, which exerts the contact pressure on the membrane carrier 2, is supported at one end on the inside of the cover 3 and at the other end on an outside of the membrane carrier 2 facing the cover 3.
  • the cover 3 is connected to the base body 1 to derive the spring forces ; it surrounds the base body 1 radially on the outside with a peripheral edge and is connected to it in a form-fitting manner by means of locking element interventions.
  • the engagement of the locking elements is realized by the combination of corresponding locking hooks 14 on a surface of the base body 1 and locking openings 31 in a surface of the cover 3.
  • the cover 3 has a plurality of circumferentially distributed ventilation openings 32 through which gases could flow into and out of the electronics housing both in the normal operating state and in the emergency degassing state.
  • a spring guide 22 is provided on the outer surface of the membrane carrier 2 facing the cover 3, which spring guide 22 consists of a plurality of circumferentially distributed elevations with axial extension, which are surrounded by the spiral spring 4 are.
  • the spiral spring can also be present within the spring guide 22 and / or the spring guide can be designed as a continuous sleeve-shaped extension.
  • the spring guide 22 is connected via radially extending connecting elements, here stop bridges 23, to an outer periphery of the membrane carrier 2, wherein the gas passage opening (s) 24 of the membrane carrier 2 is (are) formed in an annular gap between the outer periphery and the spring guide 22.
  • the seal 5, which is present between the membrane carrier 2 and the base body 1, has two areas, a fastening area 52 with which it is received in the circumferential seal receiving groove 16 of the base body 1, and a sealing lip 51 with a material thickness that is reduced compared to the fastening area 52.
  • the fastening area 52 and the sealing lip 51 are formed all around, so that the seal forms an annular seal.
  • the fastening area 52 of the seal 5 is received in a seal receiving groove 16 of the base body 1, which surrounds the gas passage opening 15 radially on the outside.
  • the sealing lip 51 is located at one of the fastening area 52 axially facing away from the end of the seal 5 and is designed to lie in the normal operating state on a sealing counter surface on a side facing the base body 1 of the membrane carrier 2 in a sealing manner.
  • a sealing counter surface On the sealing counter surface, the membrane carrier 2 has a sealing lip receiving groove 25, which has a circumferential guide surface radially on the inside, which guides and centers the sealing lip 51 of the seal 5 when the degassing unit 10 is returned from the emergency degassing state to the normal operating state.
  • one of the advantages of the present invention is the large flow cross-section of the emergency degassing opening (s) in the emergency degassing state, which is achieved by a large stroke of the membrane carrier 2 relative to the base body 1.
  • a linear guide is provided so that the membrane carrier 2 does not tilt and / or move inadmissibly in the radial direction even at maximum stroke, which is formed by corresponding holes 11 and pins 21.
  • the pins 21 are present on the membrane carrier 2 and extend freely inward in the axial direction to the base body 1.
  • the pins 21 are each guided in bores 1 1 of the basic body 1, which are open to the outside in the axial direction of the membrane carrier 2.
  • the length of the pins 21 is dimensioned with a view to the maximum stroke in such a way that they are still guided in the bores 11 with a predetermined minimum length even at the maximum stroke.
  • the linear guides also ensure that the sealing lip 51 of the seal 5 always on the intended sealing surface in the sealing lip receiving groove 25 of the membrane carrier comes to rest and not radially offset, which could lead to leaks during operation. This thus ensures that the degassing unit 10 can easily return to the normal operating state after the transition to the emergency degassing state; ie the reversible functionality is made possible by the linear guide.
  • the degassing unit 10 is shown in a longitudinal section in the normal operating state.
  • the membrane carrier 2 is pressed axially by the compression spring 4 supported on the cover 3, with the interposition of the seal 5, against the base body 1.
  • the only gas exchange takes place through the membrane 6, through which the gas passage opening 15 of the base body and the gas passage opening 24 of the membrane carrier 2 can flow.
  • the locking element engagement for fastening the cover 3 to the base body can also be clearly seen, the locking hooks 14 present on the base body 1 being present as radial bulges.
  • the compression spring 4 is also guided radially on the cover 3 side by a spring guide 33, which is designed as a dome 33 projecting coaxially into the compression spring 4.
  • the membrane 6, which is circumferentially welded to an inside of the membrane carrier 2 surrounding the gas passage opening 24, rests on the protective grid 12 of the base body 1.
  • the membrane carrier is displaced axially in the direction of the cover (to the outside) under the action of this pressure; this state is shown in FIG. 3.
  • the maximum stroke H of the membrane carrier 2 relative to the base body is designated by H, so that a circumferential emergency degassing opening N is released, which makes it possible for the internal pressure of the housing to get into the environment along the emergency degassing gas path G.
  • the flow cross section of the emergency degassing opening N is determined by the axial gap between the sealing lip 51 and the corresponding counter-sealing surface in the sealing lip receiving groove 25 of the membrane carrier 2.
  • the emergency degassing gas path G runs along the inner contour of the cover 3 and finally through the ventilation openings 23. If the internal pressure of the housing falls below a predetermined closing pressure again, i.e. if the spring force increases the compressive force on the diaphragm surface 61 again, the diaphragm carrier 2 is axially moved back again (flysteresis) and is supported by the linear guide, so that the sealing lip 51 is exactly centered on the counter-sealing surface can come into contact in the sealing lip receiving groove 25 in a sealing contact.
  • FIG. 5 shows detail B from FIG. 4.
  • Fig. 6 an alternative to Fig. 5 seal attachment is shown.
  • the seal 5 is molded onto the membrane carrier 2 in a two-component injection molding process, the membrane carrier having at least one recess through which the sealing material is sprayed.
  • the seal can also have more than one sealing lip 51, which are preferably arranged coaxially, preferably concentrically, with one another.
  • one of the sealing lips 51 can have a greater length than the other, whereby the axial forces required for pressing or achieving the sealing force can be reduced.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Entgasungseinheit (10) für ein Elektronikgehäuse, insbesondere für eine Batterie, insbesondere für eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, die einen fluiddicht mit einem Rand einer Druckausgleichsöffnung des Elektronikgehäuses verbindbaren Grundkörper (1) aufweist, der zumindest eine Gasdurchtrittsöffnung (15) aufweist, die in einem Normalbetriebszustand der Entgasungseinheit (10) von einer semipermeablen Membran (6) abgedeckt ist. Die Membran (6) ermöglicht einen Durchtritt von gasförmigen Medien von einer Umgebung in das Batteriegehäuse und umgekehrt, verhindert aber den Durchtritt von flüssigen Medien und/oder Feststoffen. Die Membran (6) ist auf einem relativ zum Grundkörper (1) verlagerbaren Membranträger (2) fluiddicht befestigt, welcher in dem Normalbetriebszustand durch eine Axialkraft dichtend an eine einen Rand (151) der Gasdurchtrittsöffnung (15) des Grundkörpers (1) umlaufende axiale Lippendichtung (5) aus einem weicheren Werkstoff als der Membranträger (2) angepresst ist, sodass der Membranträger (2) und bei Überschreiten einer vorbestimmten Druckdifferenz zwischen einem Innnenraum des Elektronikgehäuses und einer Umgebung unter Freigabe zumindest einer die Membran (6) umgehenden Notentgasungsöffnung (N) von dem Grundkörper (1) abhebbar ist, um die Entgasungseinheit (10) in einen Notentgasungszustand zu überführen. Ferner wird ein Elektronikgehäuse mit einer erfindungsgemäßen Entgasungseinheit (10) offenbart.

Description

Entgasungseinheit und Elektronikgehäuse, insbesondere Batteriegehäuse
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Entgasungseinheit und ein Elektronikgehäuse, insbesondere ein Batteriegehäuse, insbesondere einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs.
Stand der Technik
Gehäuse zur Aufnahme von Elektronikkomponenten wie bspw. Batteriezellen und der gleichen können nicht vollständig gasdicht gegenüber der Umgebung verschlossen wer den, da einerseits aufgrund von Temperaturschwankungen (etwa durch Wärmeeinträge durch Laden bzw. Entladen von Batteriezellen) und andererseits aufgrund von natürlich vorkommenden Druckluftschwankungen, insbesondere bei mobilen Systemen, ein Gasaustausch zwischen Innen- und Außenraum ermöglicht werden muss, um unzuläs sige mechanische Belastungen des Gehäuses, insbesondere ein Bersten oder Ausbeu len des Gehäuses, zu verhindern. Ebenso wichtig ist es jedoch, dass das Eindringen von Fremdkörpern, Schmutz und Feuchtigkeit (Wasser) wirksam verhindert wird.
Es sind daher Druckausgleichsvorrichtungen bekannt, die semipermeable Membranen aufweisen, die gasdurchlässig jedoch flüssigkeitsundurchlässig sind.
Entsteht innerhalb des Gehäuses eine Druckspitze, etwa beim Versagen einer Batterie zelle in einem Batteriegehäuse, so muss dieser Druck möglichst schnell abgebaut wer den, da ansonsten das Gehäuse Schaden nehmen könnte.
Als einfachste Ausführung eines Berstschutzes ist, beispielsweise bei Bleiakkus, be kannt, Berstscheiben im Sinne einer„Sollbruchstelle“, insbesondere aus einem metalli schen Blechmaterial, oder Sicherheitsklappen oder Ventile zu verwenden, die in eine Ge häuseöffnung eingesetzt werden.
Bei Hochvoltbatterien, insbesondere lithiumbasierten Traktionsbatterien mit deutlich hö heren Speicherkapazitäten und Leistungsdichten kommen hingegen hochspezifische Druckausgleichsvorrichtungen zum Einsatz, welche zur Erfüllung der o. g. Aufgaben op timiert sind. Aus der DE 10 2012 022 346 B4 ist eine Entgasungseinheit für ein Batteriegehäuse be kannt, die über einen Grundkörper verfügt, der eine Gasdurchtrittsöffnung aufweist, wel che von einer semipermeablen Membran, die durchlässig für Gase jedoch undurchlässig für Flüssigkeiten ist, abgedeckt ist, wobei die Membran ortsfest und fluiddicht mit dem Grundkörper verbunden ist, insbesondere verschweißt. Der Grundkörper ist fluiddicht mit einer Druckausgleichsöffnung des Batteriegehäuses verbindbar. Einen Gasaustausch im Normalbetrieb stellt die Membran durch ihre semipermeablen Eigenschaften sicher, wäh rend zur Realisierung einer Notentgasungsfunktion an einem Abdeckkörper ein zu der Membran weisender Notentgasungsdorn angeordnet ist, welcher die Membran bei Über schreiten einer durch einen Gehäuseinnendruck induzierten Grenzdehnung perforiert und reißen lässt, sodass ein schlagartiger Druckausgleich vom Innenraum zur Umgebung möglich ist. An einer in einem Montagezustand zum Batteriegehäuse weisenden Innen seite ist mit dem Grundkörper ein Schutzgitter verbunden, welches einen Eingriff mit Fremdkörpern in das Batteriegehäuse ausschließen soll.
Darüber hinaus beschreibt die DE 10 201 1 080 325 A1 eine ähnliche Entgasungseinheit mit einer ortsfest an einem Grundkörper gehaltenen Membrane, bei der die Notentga sungsfunktion ebenfalls über eine gezielte Punktion der Membran mittels eines Doms erreicht wird.
Ferner ist aus der DE 10 2017 003 360 B3 eine Entgasungseinheit bekannt, bei der die Funktionen Notentgasung und Be-/Entlüftung im Normalzustand funktionell getrennt sind. Während die Be-/Entlüftung im Normalzustand durch eine ortsfest zentrisch an dem Grundkörper festgelegte Vliesstoff läge realisiert ist, wird die Notentgasung durch ein bei Überschreiten eines Grenzdrucks abhebbares Schirmventil erreicht, welches zur Notent gasung einen radial außenliegenden Ringspalt des Grundkörpers freigibt.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Entgasungeinheiten, welche bereits sowohl eine Be-/Entlüftung im Normalzustand als auch eine Notentgasung bereit stellen, haben den Nachteil, dass der Notentgasungdruck nicht hinreichend genau einstellbar ist und dass der zur Notentgasung zur Verfügung stehende Durchströmquerschnitt stark limitiert ist. Vorrichtungen, bei welchen die Membrane bei Überschreiten einer Grenzdehnung durch einen Dorn perforiert und zum Reißen gebracht wird, sind zwar robust, haben jedoch den Nachteil, dass der Notentgasungsdruck stark von dem fertigungstoleranzab hängigen Abstand der Membran zur Dornspitze und von fertigungstoleranzabhängigen Abweichungen der Membrandicke abhängt. Die Innendruckbeständigkeit des Batteriege häuses muss daher auf den worst-case dieser Toleranzbetrachtung (= maximaler Ab stand Membran zur Dornspitze und maximale Membrandicke) dimensioniert werden, was dazu führen kann, dass das Batteriegehäuse tendenziell mechanisch überdimensioniert wird. Ferner sind derartige Notentgasungeinheiten, welche nach dem Prinzip des Her beiführens einer Sollbruchstelle der Membran arbeiten, nicht reversibel einsetzbar, d. h. müssen nach einmaligem Auslösen ausgewechselt werden.
Die aus der DE 10 2017 003 360 B3 bekannte Lösung ist zwar nach einer Notentgasung grundsätzlich reversibel, hat jedoch zusätzlich zu dem oben genannten toleranzbedingt nur unzureichend genau bestimmbaren Notentgasungsdruck die Problematik, dass der zur Notentgasung zur Verfügung stehende Durchströmquerschnitt lediglich der äußere Ringspalt ist, während der von dem Vliesstoff abgedeckte zentrische Bereich hierfür nicht zur Verfügung steht bzw. aufgrund des durch die Vlieslage hervorgerufenen Druckver- lusts einen nicht hinreichen hohen Volumenstromdurchlass erlaubt. Ferner ist das Öffnungsverhalten der dort offenbarten Entgasungseinheit stark temperaturabhängig und von sich über die Zeit (Alterung) ändernde Materialeigenschaften abhängig.
Ferner ist aus der DE 10 2014 1 1 1 041 A1 eine Entgasungseinheit mit einem verlagerbaren Membranträger bekannt geworden, der durch einteilig in den Membranträger integrierte Federelemente an einen Grundkörper gepresst wird. Die Membran ist hierbei an einer zu dem Grundkörper weisenden Innenseite vorgesehen und wird mit verpresst. Nachteilig hieran ist, dass der Kontakt zwischen Grundkörper und Membranträger das Eindringen von Fremdkörpern und Wasser nicht zuverlässig unterbinden kann.
Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Entgasungseinheit für ein Elektro nikgehäuse, insbesondere für eine Batterie, insbesondere für eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, zu schaffen, die sich dadurch auszeichnet, dass der Notentgasungsdruck genauer festlegbar ist und dass diese nach einem Notentgasungsvorgang reversibel ein setzbar ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Entgasungseinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Elektronikgehäuse mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den Zeichnungen. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale erfin dungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Ver wendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als ab schließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung weist die Entgasungseinheit für ein Elektronikgehäuse, insbesondere für eine Batterie, insbesondere für eine Traktionsbatte rie eines Kraftfahrzeugs, einen fluiddicht mit einem Rand einer Druckausgleichsöffnung des Elektronikgehäuses verbindbaren Grundkörper auf. Der Grundkörper weist zumin dest eine Gasdurchtrittsöffnung auf, die in einem Normalbetriebszustand der Entga sungseinheit von einer semipermeablen Membran abgedeckt ist, wobei die Membran ei nen Durchtritt von gasförmigen Medien von einer Umgebung in das Elektronikgehäuse und umgekehrt ermöglicht, den Durchtritt von flüssigen Medien jedoch unterbindet. Die Membran ist auf einem relativ zum Grundkörper verlagerbaren Membranträger fluiddicht befestigt, welcher in dem Normalbetriebszustand durch eine Axialkraft dichtend an eine einen Rand der Gasdurchtrittsöffnung des Grundkörpers umgebende axiale Dichtung an gepresst ist und bei Überschreiten einer vorbestimmten Druckdifferenz zwischen einem Innenraum des Elektronikgehäuses und einer Umgebung unter Freigabe zumindest einer die Membran umgehenden Notentgasungsöffnung abhebbar ist, um dadurch die Entga sungseinheit in einen Notentgasungszustand zu überführen. Die axiale Dichtung ist als Lippendichtung ausgebildet und besteht aus einem weicheren Werkstoff als der Memb ranträger und/oder der Grundkörper.
Gemäß der vorliegenden Patentanmeldung wurde für die erfindungsgemäße Vorrichtung der Begriff Entgasungseinheit gewählt. Es ist jedoch selbst verständlich, dass die erfin dungsgemäße Vorrichtung gleichermaßen im Normalbetrieb eine Be- und Entlüftung ei nes Innenraums des Elektronikgehäuses durch die (poröse) Membran erlaubt.
Die hierin verwendeten relativen Bezeichnungen„innen“ und„außen“ beziehen sich auf einen Montagezustand bezüglich des Elektronikgehäuses, wobei„innen“ zum Elektronik gehäuse weisend und„außen“ zur Umgebung weisend bedeutet.
Die erfindungsgemäße Entgasungseinheit kann zur Sicherstellung einer optimalen Ab dichtung an der Schnittstelle Grundkörper-Batteriegehäuse eine Gehäusedichtung ha ben, insbesondere in Form eines O-Rings, welcher in dem Montagezustand axial bezüg lich einer Gehäuseaußenwandung oder radial in der Druckausgleichsöffnung des Batte riegehäuses verpresst werden kann.
Der Grundkörper und/oder der Membranträger können im Wesentlichen aus Kunststoff, insbesondere thermoplastischem Kunststoff, bestehen und insbesondere spritzgegossen sein. Bevorzugte Materialien sind Polypropylen, Polybutylenterephthalat oder Polyamid, jeweils Verstärkungsfasern aufweisend, insbesondere Glasfasern.
Die Membran kann mit dem relativ zum Grundkörper beweglichen Membranträger durch Kleben und/oder Schweißen, insbesondere durch Ultraschallschweißen, verbunden sein. Hierdurch kann eine kostengünstige Herstellung sowie eine ausreichende Dichtheit er reicht werden. Alternativ kann die Membrane auch entlang einer umlaufenden Dichtlinie mit dem Membranträger verklebt werden.
Durch die erfindungsgemäße Konstruktion mit einem relativ zum Grundkörper verlager baren Membranträger, an dem die semipermeable Membran befestigt ist, ergibt sich ein im Vergleich mit dem Stand der Technik deutlich genauer festlegbarer Notentgasungs druck. Die Notentgasung wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht durch eine Perforation der Membrane und deren Reißen erreicht, sondern dadurch, dass der Memb ranträger unter Einwirkung eines Gehäuseinnendrucks vom Grundkörper abgehoben wird, wobei zumindest eine Notentgasungsöffnung freigegeben wird. Der Notentgasungs druck wird daher weder durch die toleranzbehaftete Membrandicke noch durch die Aus legung des Abstandes eines Doms von der Membranoberfläche bestimmt, sondern al leine durch die die Einflussgrößen einerseits die eingesetzte Membranfläche und ande rerseits die Anpresskraft, mit der der Membranträger zur Erreichung der Abdichtwirkung auf den Grundkörper gepresst wird. Die Membran bleibt beim Überführen der Entga sungseinheit in den Notentgasungszustand intakt und kann sich nach erneutem Unter- schreiten des Notentgasungsdrucks zusammen mit dem Membranträger reversibel zu rück verlagern, sodass die Entgasungseinheit wieder einsatzbereit ist.
Um auch nach langen Zeiten ohne Notentgasungsvorgang einen fehlersicheren Betrieb zu ermöglichen und insbesondere ein Verkleben von an der Abdichtung des Membran trägers gegenüber dem Grundkörper beteiligten Dichtungen zu vermeiden, ist auf die Auswahl der Dichtungsmaterialien besonderes Augenmerk zu richten. Als„weichere“ Werkstoffe als der Membranträger und/oder Grundkörper haben sich insbesondere Sili konkautschuk (VMQ), Fluorkautschuk (FKM), Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) als geeignete Dichtungswerkstoffe erwiesen. Zusätzlich kann es zur Erreichung einer dauerhaft dichten Verbindung hilfreich sein, die Eigenschaften der Oberfläche der Dich tung entsprechend durch eine Beschichtung, insbesondere Lackierung, zu verändern.
Es versteht sich von selbst, dass unter der Dichtung hierin ein von der Membran ver schiedener Vorrichtungsbestandteil verstanden wird. Anders als im Stand der Technik kann durch Vorsehen einer separaten axialen Lippendichtung sichergestellt werden, dass der Dichtkontakt zwischen Grundkörper und Membranträger eine hohe Dichtheit gegen Eindringen von Fremdkörpern und Wasser aufweist, insbesondere bei Druckbeaufschla gung (Wasserdurchfahrten, Reinigung mit Hochdruckreiniger).
Eine axiale Dichtung bietet gegenüber einer radialen Dichtung den Vorteil, dass die Lö sekräfte deutlich geringer ausfallen. Während eine radiale Dichtung, insbesondere unter Einsatz von radial dichtenden O-Ringen, im Dichtsitz„verkleben“ kann, ermöglicht eine axiale Lippendichtung zu jedem Zeitpunkt ein axialkraftarmes Lösen.
Als weiteren Vorteil weist die erfindungsgemäße Entgasungseinheit einen möglichst gro ßen Strömungsquerschnitt zur Notentgasung auf. Nach Abheben des Membranträgers von der Gasdurchtrittsöffnung des Grundkörpers steht quasi der volle Querschnitt der Gasdurchtrittsöffnung auch für die Notentgasung zur Verfügung. Dies ist einem schnellen Druckabbau mit einer Minimierung der erwartbaren Schäden am Batteriegehäuse zuträg lich.
Schließlich kann der Notentgasungsdruck nicht nur mit einer geringeren Schwankungs- breite festgelegt werden, sondern es ist zudem möglich, eine Auslösung bei deutlich klei neren Differenzdrücken wie bisher zu erreichen, d. h. es ist ein sehr differenziertes An sprechverhalten erzielbar.
Die vorgenannten mit der Erfindung verbundenen Vorteile tragen dazu bei, dass Elektro nikgehäuse, insbesondere Batteriegehäuse, welche mit einer erfindungsgemäßen Ent gasungseinheit ausgestattet werden, ggf. dünnwandiger und damit materialsparender und damit kostengünstiger bereit gestellt werden können.
Für die semipermeable Membran können sämtliche Materialien eingesetzt werden, die eine Gasdurchlässigkeit zur Be-/Entlüftung im Normalbetrieb und eine hinreichend hohe Wasserundurchlässigkeit aufweisen. Als bevorzugtes Material für die semipermeable Membran kann Polytetrafluorethylen (PTFE) eingesetzt sein. Die semipermeable Memb ran weist eine durchschnittliche Porengröße auf, die zwischen 0,01 Mikrometer und 20 Mikrometer liegen kann. Die Porosität liegt vorzugsweise bei ca. 50 %; die mittlere Po rengröße beträgt bevorzugt etwa 10 Mikrometer.
Die semipermeable Membran kann bevorzugt als folienartige bzw. folienförmige bzw. scheibenförmige, dünne Membran gestaltet sein. Die gaspermeable Membran weist eine für die Gaspermeation wirksame Membran-Oberfläche auf, die an ihrem Außenumfang bevorzugt eine rechteckige oder runde Außenkontur aufweisen kann. Es versteht sich jedoch, dass der Außenumfang der Membran auch anders gestaltet sein kann. Bei der Membran handelt es sich bevorzugt um eine dünne Flachmembran, deren für den Gas durchtritt wirksame, voneinander weg weisenden Membran-Oberflächen im Wesentli chen parallel zu einander und vorzugsweise im Wesentlichen planar ausgebildet sind.
Die Membrandicke der Membran ist sehr viel kleiner als ihre übrigen Außenabmessun gen. Die Membran kann eine Mindestbreite und/oder eine Mindestlänge oder einen Min- dest-Außendurchmesser von gleich oder größer 20 mm, vorzugsweise von gleich oder größer 30 mm, insbesondere von gleich oder größer 40 mm, überspannen. Die Memb randicke kann insbesondere um mindestens das 20-fache, vorzugsweise um mindestens das 40-fache, insbesondere um mindestens das 100-fache, kleiner sein als die Mindest breite und/oder die Mindestlänge oder der Mindest-Außendurchmesser der Membran. Die Membrandicke kann 1 Mikrometer bis 5 Millimeter betragen, wobei eine Membrandi cke von 0, 1 bis 2 mm, insbesondere 0,15 bis 0,5 mm, bevorzugt wird.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung kann an dem Membranträger an einer zu dem Grundkörper weisenden Innenseite oder an dem Grundkörper an einer zu dem Memb ranträger weisenden Außenseite eine um die Gasdurchtrittsöffnung umlaufende Dich tung, bevorzugt eine Lippendichtung, angeordnet sein, welche in dem Normalbetriebszu stand die Gasdurchtrittsöffnung gegenüber der Membran abdichtet. Die Dichtung kann in einer besonderen Ausführungsform an den Membranträger oder Grundkörper angespritzt sein, beispielsweise durch ein 2K-Spritzgießverfahren. Alternativ kann sie auch angeklebt sein.
Bevorzugt weist die Lippendichtung zumindest eine Dichtlippe mit einer quasi linienför migen Dichtlinie auf, welche möglichst wenig Anhaftungseffekte erzeugt und auch nach längerer Zeit nicht verklebt. Bevorzugt ist die Dichtung in einer umlaufenden Dichtungs aufnahmenut des Grundkörpers gehalten bzw. fixiert. Alternativ oder zusätzlich kann die Dichtung auch an dem Grundkörper angeklebt oder an diesen mittels eines 2K-Spritz- gießverfahrens angeformt sein. Die Dichtungsaufnahmenut ist bevorzugt an einer zu dem Membranträger weisenden Außenseite des Grundkörpers um die Gasdurchtrittsöffnung umlaufend vorgesehen. Auf einer auf Seiten des Membranträgers gegenüberliegen dem Grundkörper zugewandten Seite des Membranträgers kann eine Dichtlippenaufnahme nut vorgesehen sein, die insbesondere konisch ausgebildet sein kann und die eine durch den Kegeleffekt (Effekt der Konizität) optimierte Abdichtung vermittels der Dichtlippe er möglicht. Alternativ kann die Dichtungsaufnahmenut auch an dem Membranträger an sei ner zu dem Grundkörper weisenden Innenseite vorliegen.
Die zumindest eine Dichtlippe kann gegenüber einer Längsachse einen Winkel zwischen 10° und 60°, bevorzugt zwischen 20° und 45°, einschließen. Dies reduziert die zur Ver formung der Dichtlippe nötigen Axialkräfte und sorgt so unter Einsatz geringer Axialkräfte für eine zuverlässige Abdichtung.
In einer noch weiteren bevorzugen Ausführungsform kann die Membran umlaufend mit dem Membranträger fluiddicht verbunden sein, insbesondere umlaufend verschweißt, wobei die Membran bevorzugt an einer zu dem Grundkörper weisenden Innenseite des Membranträgers vorliegt. Eine Anlage bzw. Verbindung mit der Innenseite des Memb ranträgers hat den Vorteil, dass die Membran bei Innendruckeinwirkung quasi form schlüssig gegenüber dem Membranträger gehalten wird und die Verbindung (Verschwei ßung, Verklebung o. ä.) nicht auf Zug belastet wird, was insbesondere bei Einsatz von ohnehin nur schwer fügbaren PTFE-Werkstoffen wichtig ist. Um auch bei Innendruckein wirkung eine unzulässig starke Durchbiegung bzw.„Ausbeulung“ der Membran, welche zu deren Zerstörung führen kann, zu verhindern kann der Membranträger ein Membran- Außenschutzgitter aufweisen, welches die Membranoberfläche außen zumindest teil weise überspannt, jedoch mit einem hinreichend großen Flächenanteil fluiddurchlässig ist, um den Gasaustausch im Normalbetrieb zu ermöglichen.
Gemäß einer noch weiteren, ebenfalls bevorzugten Ausführungsform kann der Memb ranträger durch zumindest ein Federelement an den Grundkörper gepresst werden. Bei dem Federelement kann es sich bevorzugt um eine Druckfeder handeln, insbesondere eine Spiralfeder. Die Erfindung ist allerdings nicht hierauf beschränkt. Vielmehr sind auch weitere hierin nicht explizit genannte Federelemente umfasst, so etwa Tellerfedern und/o der Federzungen. Über eine geeignete Auswahl der Federsteifigkeit des Federelements kann der Entgasungsdruck sehr genau und reproduzierbar festgelegt werden. Zudem kann die Auslösecharakteristik durch den Einsatz von Federn mit maßgeschneiderten Federkennlinien weitergehend angepasst werden, wobei auch progressive oder insbe sondere degressive Federkennlinien sind möglich. Über eine degressive Kennlinie ist es hierbei möglich, ein gezielt träges Ansprechverhalten einzustellen, während über eine progressive Kennlinie ein schnelleres Ansprechverhalten realisiert werden kann.
Darüber hinaus kann die Entgasungseinheit eine Abdeckhaube aufweisen, welche mit dem Grundkörper verbunden ist, wobei die Abdeckhaube bevorzugt zumindest eine Be- /Entlüftungsöffnung aufweist. Die Abdeckhaube stellt sicher, dass die Membran von au ßen weder mit Fremdkörpern, etwa spitze Gegenstände wie Schraubendreher o.ä., noch mittels Flochdruckreinigern und/oder Dampfstrahlern beschädigt werden kann und trägt so wirksam zu einer hohen IP-Schutzklasse bei.
Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass sich das Federele ment einenends an einer zu dem Membranträger weisenden Innenfläche der Abdeck haube und anderenends an einer zu der Abdeckhaube weisenden Außenfläche des Membranträgers abstützt. Die Abdeckhaube hat bevorzugt eine Federführung bzw. einen Federteller an ihrer zu dem Membranträger weisenden Innenseite, der dazu ausgebildet ist, ein insbesondere radiales Verrutschen der Feder zu vermeiden. Die Federführung bzw. der Federteller hat hierzu besonders bevorzugt einen Flülsenabschnitt, der sich axial erstreckt und von welchem, im Falle einer Spiralfeder als Federelement, die Feder koaxial gestützt wird. Der Membranträger kann ebenfalls eine Federführung bzw. einen Feder teller aufweisen, der bevorzugter Weise an der der Abdeckhaube zugewandten Außen seite des Membranträgers vorliegt.
Eine weitere, ebenfalls bevorzugte, Ausführungsform sieht vor, dass die Abdeckhaube den Außenumfang des Grundkörpers zumindest teilumfänglich übergreift und bevorzugt mittels eines Rastelementeingriffs an dem Außenumfang des Grundkörpers befestigt ist. Mit„Übergreifen“ ist hierin ein axiales Überlappen verbunden. Über die Verbindung der Abdeckhaube mit dem Grundkörper kann die Federkraft, welche gemäß einigen Ausfüh rungsformen in die Abdeckhaube eingeleitet wird, in den Grundkörper übertragen wer den. Es kommen zur Befestigung der Abdeckhaube an dem Grundkörper jedoch auch andere Befestigungsmittel in Betracht, etwa form- oder kraftschlüssige Befestigungsmittel wie Schrauben oder Hinterschnitte.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass zwischen dem Grundkörper und dem Memb ranträger zumindest eine Linearführung vorliegt, die dazu ausgebildet ist, den Membran träger beim Überführen von dem Normalbetriebszustand in den Notentgasungszustand und umgekehrt axial zu führen. Dies hat den Vorteil, dass vergleichsweise große Hübe des Membranträgers realisiert werden können ohne dass die Gefahr besteht, dass dieser verkippt. Große Hübe haben wiederum den entscheidenden Vorteil, dass ein möglichst großer Durchströmquerschnitt zur Notentgasung bereitgestellt werden kann.
Die Linearführung ist bevorzugt als eine Kombination von zumindest einem korrespon dierenden Zapfen und zumindest einer Bohrung ausgebildet, wobei bevorzugt an einer zu dem Membranträger weisenden Außenseite des Grundkörpers zumindest eine Boh rung vorliegt und an der zu dem Grundkörper weisenden Innenseite des Membranträgers ein mit der Bohrung korrespondierender Zapfen, welcher in der Bohrung geführt ist. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt, sondern erfasst auch invertierte Ausführun- gen mit Zapfen am Grundkörper und Bohrungen am Membranträger. Die Querschnitts form der Bohrungen und Zapfen ist nicht auf kreisförmige Querschnitte beschränkt, son dern erfasst jegliche komplementäre Formen, die in der Lage sind, eine Linearführung des Membranträgers bezüglich des Grundkörpers zu ermöglichen, so beispielsweise eine Kombination einer Nut als„Bohrung“ und eines komplementären Schwertes als„Zapfen“, zudem sonstige zumindest abschnittsweise polygonale oder elliptische Querschnittsfor men.
Ferner kann vorgesehen sein, was ebenfalls bevorzugt ist, dass die Gasdurchtrittsöff nung des Grundkörpers von einem fluiddurchlässigen Schutzgitter zumindest teilweise abgedeckt ist, bevorzugt vollflächig abgedeckt. Das Schutzgitter dient als Eingriffsschutz in einen Innenraum des Elektronikgehäuses, sodass Gegenstände wie beispielsweise Schraubendreher o. ä. nicht in das Innere gelangen können. Dies ist insbesondere wich tig, da Traktionsbatterien für Fahrzeuge häufig im Hochvoltbereich betrieben werden und hierdurch Gefahren drohen. Das Schutzgitter kann eine Vielzahl an beabstandeten Git terstegen aufweisen, deren Mindestabstand so zu wählen ist, dass ein Eingriff sicher aus geschlossen werden kann. Die Gitterstege können in einem rechtwinkligen Raster oder als eine Kombination von umfänglich und radial verlaufenden Gitterstegen angeordnet sein.
Das Schutzgitter kann insbesondere einteilig mit dem Grundkörper ausgebildet sein oder als ein separates Bauteil mit diesem verbunden sein, insbesondere an einer in dem Mon tagezustand der Entgasungseinheit zu dem Elektronikgehäuse weisenden Innenseite des Grundkörpers. Das Schutzgitter kann bevorzugt ein Metall oder einen Kunststoff aus- weisen oder daraus bestehen, bevorzugt Polypropylen und/oder Polybutylenterephthalat, jeweils bevorzugt Verstärkungsfasern aufweisend, insbesondere Glasfasern. Ein Schutz gitter aus Metall hat den Vorteil, dass auch nach einer Hochtemperatureinwirkung (z. B. Brand) die Schutzfunktion beibehalten wird. Bei einer separaten Ausführung des Schutz gitters kann dieses mit dem Grundkörper etwa verschraubt, vernietet oder mittels Heiß stempel verbunden sein.
Als Werkstoffe für den Grundkörper und/oder die Abdeckhaube kommen Kunststoffe in Betracht, insbesondere thermoplastische Kunststoffe, die durch Spritzgießen verarbeit- bar sind. Bevorzugt besteht der Grundkörper und/oder die Abdeckhaube aus Polypropy len, Polybutylenterephthalat oder Polyamid, jeweils Verstärkungsfasern aufweisend, ins besondere Glasfasern, oder weist zumindest einen dieser Werkstoffe zumindest auf.
Ferner kann der Grundkörper zumindest ein Verbindungsmittel aufweisen, mit dem die Entgasungseinheit mit dem Elektronikgehäuse verbindbar ist, wobei das Verbindungs mittel bevorzugt als Bajonettverbindungsmittel oder als Gewindeverbindungsmittel aus gebildet ist. Besonders bevorzugt ragt das Bajonettverbindungsmittel von einer in dem Montagezustand zu dem Elektronikgehäuse weisenden Innenseite des Grundkörpers axial ab. Bei einer Ausbildung als Gewindeverbindungsmittel kann das Verbindungsmittel bevorzugt durch eine oder mehrere Gewindebuchse(n) (insbesondere Gewindeeinsatz in Kunststoff) gebildet sein.
Alternativ oder zusätzlich kann die Entgasungseinheit eine Gehäusedichtung aufweisen, welche die Gasdurchtrittsöffnung des Grundkörpers an seiner Innenseite umlaufend umgibt. Die Gehäusedichtung kann als Axial- oder Radialdichtung ausgebildet sein, d. h. insbesondere an einer Stirnfläche (im Falle der Axialdichtung) oder an einer Mantelfläche (im Falle der Radialdichtung) vorliegen. Die Gehäusedichtung kann als O-Ring, welcher in einer korrespondierenden Nut des Grundkörpers aufgenommen ist, oder als ange spritzte Dichtkomponente ausgebildet sein. Eine Anordnung der Gehäusedichtung in Axi alkonfiguration wird bevorzugt, wobei besonders bevorzugt die Gehäusedichtung ein Ba jonettverbindungsmittel welches insbesondere axial abragt, umgibt.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Elektronikgehäuse, insbesondere ein Batte riegehäuse, insbesondere einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs. Als weitere Ein satzmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Entgasungseinheit neben Traktionsbatterien ergeben sich etwa Schaltschränke oder Transformatorengehäuse. Das Elektronikge häuse hat zumindest eine Gehäusewandung mit einer Druckausgleichsöffnung, wobei in dem Elektronikgehäuse bevorzugt Batteriezellen anordenbar sind und wobei die Druck ausgleichsöffnung von einer erfindungsgemäßen Entgasungseinheit verschlossen ist, sodass in einem Normalbetriebszustand ein Gasaustausch zwischen einem Innenraum des Elektronikgehäuse und der Umgebung möglich ist, jedoch das Eindringen von Feuch tigkeit (Wasser), Schmutz und Fremdkörpern wirksam verhindert und eine schnell aus lösbare Notentgasungsfunktion gegeben ist, welche im Falle eines Druckanstieges im Innenraum eine Beschädigung bzw. Zerstörung der Wandung des Elektronikgehäuses verhindert.
Gemäß einer Weiterbildung kann an der Gehäusewandung in einem die Druckaus gleichsöffnung umgebenden Bereich zumindest ein mit dem Bajonettverbindungsmittel der Entgasungseinheit korrespondierendes Gegenverbindungsmittel vorliegen.
Schließlich kann die Gehäusewandung an einer Außenseite eine die Druckausgleichs öffnung umlaufende Dichtfläche aufweisen, an der in einem Montagezustand die Gehäu sedichtung der Entgasungseinheit anliegt. Die Dichtfläche ist bevorzugt als ein Bereich der Wandung des Elektronikgehäuses mit möglichst geringen Abweichungen hinsichtlich Ebenheit und geringer Rauheit ausgebildet. Geeigneter Weise weist das Elektronikge häuse bzw. zumindest dessen Wandung einen Metallwerkstoff auf oder besteht daraus, sodass die Dichtfläche hinsichtlich der o. g. Eigenschaften einfach durch mechanische Bearbeitung erhalten werden kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
E zeigen:
Fig. 1 eine isometrische Explosionsansicht einer erfindungsgemäßen Entgasungs einheit;
Fig. 2 eine Längsschnittansicht der erfindungsgemäßen Entgasungseinheit im Nor malbetriebszustand;
Fig. 3 eine Längsschnittansicht der erfindungsgemäßen Entgasungseinheit im No tentgasungszustand;
Fig. 4 eine Längsschnittansicht der erfindungsgemäßen Entgasungseinheit im Nor malbetriebszustand mit ausgeblendeter Abdeckhaube;
Fig. 5 Detail B aus Fig. 4;
Fig. 6 Detail einer alternativen Dichtungslösung.
Ausführungsformen der Erfindung
In Fig. 1 ist die erfindungsgemäße Entgasungseinheit 10 in einer isometrischen Explosi- onsdarstellung gezeigt. Diese verfügt über einen Grundkörper 1 , der über Bajonettver bindungsmittel 13, die von einer inneren Stirnfläche des Grundkörpers 1 axial abragen mit dem Rand einer Druckausgleichsöffnung eines Elektronikgehäuses, insbesondere eines Batteriegehäuses einer Traktionsbatterie, verbindbar ist. Zur fluiddichten Abdich tung des Grundkörpers 1 gegenüber der Wandung des Elektronikgehäuses ist eine Gehäusedichtung 7 vorgesehen, die hier als axial wirkender O-Ring ausgebildet ist. Der Grundkörper hat eine Gasdurchtrittsöffnung 15, durch die sowohl im Normalbetriebszu stand ein Druckausgleich erfolgt als auch im Notentgasungszustand Druck aus dem Batteriegehäuse entweichen kann. Die Gasdurchtrittsöffnung 15 ist von einem fluiddurch lässigen Schutzgitter 12 abgedeckt, welches einen Eingriffschutz bereit stellt und verhin dert, dass spannungsführende Bauteile im Inneren des Elektronikgehäuses berührt und/oder durch spitze Gegenstände beschädigt werden. Das Schutzgitter 12 hat eine Vielzahl Gitterstege, die sowohl umlaufend als auch in Radialrichtung angeordnet sind und ein Netz von Gitterstegen bilden. Das Schutzgitter 12 ist im vorliegenden Ausfüh rungsbeispiel einstückig mit dem Grundkörper 1 ausgebildet, insbesondere einstückig spritzgegossen.
Weiter verfügt die Entgasungseinheit 10 über einen Membranträger 2, welcher in Axial richtung relativ zu dem Grundkörper 1 verlagerbar ist, d. h. er weist einen Bewegungsfrei heitsgrad in Axialrichtung auf. Der Membranträger 2 trägt auf seiner zu dem Grundkörper 1 weisenden Innenseite eine semipermeable Membran 6, welche für gasförmige Fluide durchlässig ist, den Durchtritt von Festkörpern und Flüssigkeiten jedoch unterbindet. Die semipermeable Membran 6 ist um die Gasdurchtrittsöffnung 24 des Membranträgers 2 herum fluiddicht mit dem Membranträger 2 verbunden, bevorzugt verschweißt oder verklebt. Der Membranträger 2 wird in dem Normalbetriebszustand der Entgasungsein heit 10 von einem Federelement 4, hier einer Spiralfeder, in einer zu dem Grundkörper 1 weisenden Richtung axial verpresst, sodass eine in Axialrichtung zwischen Membran träger 2 und Grundkörper 1 vorgesehene umlaufende Dichtung 5 den Membranträger 2 gegenüber dem Grundkörper 1 abdichtet. Im Normalbetriebszustand, in dem ein Gasaus tausch zwischen Innenraum des Elektronikgehäuses und der Umgebung stattfindet (auf grund von Luftdruckschwankungen und/oder Temperaturänderungen), steht daher ausschließlich die Membranfläche 61 zur Durchströmung zur Verfügung.
Steigt nun der Innendruck in dem Elektronikgehäuse an, so vergrößert sich die auf die Membranfläche 61 einwirkende Druckkraft in gleichem Maße, sodass ab einem vorbestimmten Grenzdruck die auf die Membranfläche 61 einwirkende Druckkraft und die den Membranträger 2 axial anpressende Federkraft sich aufheben, sodass bei einem weiteren Innendruckanstieg der Membranträger 2 samt Membran 6 axial vom Grund körper 1 abgehoben wird und zumindest eine die Membran 6 umgehende Notentgas ungsöffnung freigegeben wird. Dieser Zustand wird als Notentgasungszustand be zeichnet und ist in Fig. 3 näher dargestellt. Gründe für einen starken Innendruckanstieg können in einer plötzlichen Temperaturerhöhung und/oder schlagartigen Gasentwicklung in dem Elektonikgehäuse liegen, was insbesondere bei Traktionsbatterien passieren kann, da Zelldefekte nie vollständig ausgeschlossen werden können.
Die Spiralfeder 4, welche die Anpresskraft auf den Membranträger 2 ausübt, stützt sich einenends an der Innenseite der Abdeckhaube 3 ab und anderenends an einer zu der Abdeckhaube 3 weisenden Außenseite des Membranträgers 2. Die Abdeckhaube 3 ist zur Ableitung der Federkräfte mit dem Grundkörper 1 verbunden; sie umgreift mit einem Umfangsrand den Grundkörper 1 umfänglich radial außen und ist mit diesem durch Rastelementeingriffe formschlüssig verbunden. Der Rastelementeingriff wird durch die Kombination korrespondierender Rasthaken 14 an einer Mantelfäche des Grundkörpers 1 und Rastöffnungen 31 in einer Mantelfläche der Abdeckhaube 3 realisiert. Die Abdeckhaube 3 hat eine Vielzahl umfänglich verteit angeordneter Be-/Entlüftungs- öffnungen 32, durch die sowohl im Normalbetriebszustand als auch im Notentgasungszu stand Gase in das bzw. aus dem Elektronikgehäuse strömen können.
Damit die Spiralfeder 4 sowohl im Normalbetriebszustand als auch im Notentgasungszu stand in Radialrichtung sicher gehalten wird ist auf der der Abdeckhaube 3 zugewandten Außenfläche des Membranträgers 2 eine Federführung 22 vorgesehen, die aus einer Vielzahl umfänglich verteilter Erhebungen mit Axialerstreckung besteht, die von der Spiralfeder 4 umgeben sind. In anderen Ausführungsformen kann die Spiralfeder auch innerhalb der Federführung 22 vorliegen und/oder die Federführung als durchgängiger hülsenförmiger Fortsatz ausgebildet sein. Die Federführung 22 ist über radial verlaufende Verbindungselemente, hier Anschlagbrücken 23, mit einem Außenumfang des Membran trägers 2 verbunden, wobei in einem Ringspalt zwischen Außenumfang und Federfüh rung 22 die Gasdurchtrittsöffnung(en) 24 des Membranträgers 2 ausgebildet ist (sind).
Zur Begrenzung des Flubes des Membranträgers 2 zwischen dem Normalbetriebszu stand und dem Notentgasungszustand sind die Anschlagbrücken 23 in Axialrichtung in Richtung der Abdeckhaube auskragend ausgebildet, sodass diese bei maximaler Öff nung (= maximaler Hub des Membranträgers) an jeweils korrespondierenden Gegenan schlagsflächen auf einer zu dem Membranträger 2 weisenden Innenseite der Abdeck haube 3 zur Anlage kommen.
Die Dichtung 5, die zwischen Membranträger 2 und Grundkörper 1 vorliegt, weist zwei Bereiche auf, einen Befestigungsbereich 52, mit welchem sie in der umlaufenden Dichtungsaufnahmenut 16 des Grundkörpers 1 aufgenommen ist, und eine Dichtlippe 51 mit einer gegenüber dem Befestigungsbereich 52 reduzierten Materialstärke. Der Befestigungsbereich 52 und die Dichtlippe 51 sind jeweils umlaufend ausgebildet, sodass die Dichtung eine Ringdichtung bildet. Der Befestigungsbereich 52 der Dichtung 5 ist in einer Dichtungsaufnahmenut 16 des Grundkörpers 1 aufgenommen, welche die Gas durchtrittsöffnung 15 radial außen umgibt. Die Dichtlippe 51 liegt an einem dem Be festigungsbereich 52 axial abgewandten Ende der Dichtung 5 vor und ist dazu ausgebildet, in dem Normalbetriebszustand an einer Dichtungsgegenfläche an einer dem Grundkörper 1 zugewandten Seite des Membranträgers 2 dichtend anzuliegen. Hierzu wird auf die Fig. 2 verwiesen, in der dies gut erkenntlich ist. An der Dichtungsgegenfläche hat der Membranträger 2 eine Dichtlippenaufnahmenut 25, welche radial innenliegend über eine umlaufende gegenüber der Längsachse angestellte Führungsfläche verfügt, die die Dichtlippe 51 der Dichtung 5 beim Rücküberführen der Entgasungseinheit 10 von dem Notentgasungszustand in den Normalbetriebszustand führt und zentriert.
Wie hierin bereits beschrieben, ist einer der Vorteile der vorliegenden Erfindung der im Notentgasungszustand große Durchströmquerschnitt der Notentgasungsöffnung(en), welcher durch einen großen Hub des Membranträgers 2 gegenüber dem Grundkörper 1 erreicht wird. Damit der Membranträger 2 auch bei maximalem Hub nicht verkippt und/oder unzulässig in Radialrichtung verlagert ist eine Linearführung vorgesehen, die durch miteinander korrespondierende Bohrungen 1 1 und Zapfen 21 gebildet wird. Die Zapfen 21 liegen am Membranträger 2 vor und erstrecken sich in Axialrichtung frei nach innen zu dem Grundkörper 1 . Die Zapfen 21 sind jeweils in Bohrungen 1 1 des Grund körpers 1 geführt, die in Axialrichtung zu dem Membranträger 2 nach außen hin offen sind. Die Länge der Zapfen 21 ist derart im Hinbick auf den maximalen Hub dimensioniert, dass diese auch bei Maximalhub noch mit einer vorbestimmten Mindestlänge in den Bohrungen 1 1 geführt sind. Die Linearführungen stellen auch sicher, dass die Dichtlippe 51 der Dichtung 5 stets an der für sie vorgesehen Gegendichtfläche in der Dichtlippenauf nahmenut 25 des Membranträgers zur Anlage kommt und nicht radial versetzt, was zu Undichtigkeiten im Betrieb führen könnte. Hierdurch ist also sichergestellt, dass die Ent gasungseinheit 10 nach erfolgter Überführung in den Notentgasungszustand wieder problemlos in den Normalbetriebszustand zurück kehren kann; d. h. die reversible Funk tionalität wird entscheidend durch die Linearführung mit ermöglicht.
In der Fig. 2 ist nun die Entgasungseinheit 10 in einem Längsschnitt im Normalbetriebs zustand dargestellt. Der Membranträger 2 wird durch die sich an der Abdeckhaube 3 abstützende Druckfeder 4 axial unter Zwischenschaltung der Dichtung 5 an den Grund körper 1 gepresst. Der einzige Gasaustausch erfolgt durch die Membran 6, welche seriell zu der Gasdurchtrittsöffnung 15 des Grundkörpers und der Gasdurchtrittsöffnung 24 des Membranträgers 2 durchströmbar ist. Auch ist der Rastelementeingriff zur Befestigung der Abdeckhaube 3 am Grundkörper gut zu erkennen, wobei die an dem Grundkörper 1 vorliegenden Rasthaken 14 als radiale Ausbuchtungen vorliegen. Die Druckfeder 4 wird auf Seiten der Abdeckhaube 3 ebenfalls radial durch eine Federführung 33 geführt, welche als koaxial in die Druckfeder 4 einragender Dom 33 ausgebildet ist. In dem Normalbetriebszustand liegt die Membran 6, welche mit einer Innenseite des Mem branträgers 2 die Gasdurchtrittsöffnung 24 umgebend umaufend verschweißt ist, an dem Schutzgitter 12 des Grundkörpers 1 an.
Wird die Entgasungseinheit 10 nun durch oben beschriebenen Anstieg des Innendrucks in dem Elektronikgehäuse in den Notentgasungszustand überführt, wird der Membran träger unter Einwirkung dieses Druckes axial in Richtung der Abdeckhaube (nach außen) verlagert; dieser Zustand ist in der Fig. 3 dargestellt. Der maximale Hub H des Membranträgers 2 gegenüber dem Grundkörper ist mit H bezeichnet, sodass eine umlaufende Notentgasungsöffnung N frei gegeben ist, welche es ermöglicht, dass der Gehäuseinnendruck entlang des Notentgasungs-Gaspfades G in die Umgebung gelang en kann. Der Durchströmquerschnitt der Notentgasungsöffnung N wird durch den Axial spalt zwischen der Dichtlippe 51 und der korrespondierenden Gegendichtläche in der Dichtlippenaufnahmenut 25 des Membranträgers 2 bestimmt. Von der Notentgasungs öffnung N verläuft der Notentgasungs-Gaspfad G entlang der Innenkontur der Abdeck haube 3 und schließlich durch die Be-/Entlüftungsöffnungen 23. Fällt der Gehäuseinnendruck wieder unter einen vorgegebenen Schließdruck, d. h. über steigt die Federkraft wieder die Druckkraft auf die Membranfläche 61 , verlagert sich der Membranträger 2 axial wieder zurück (Flysterese) und wird dabei durch die Linearführung gestützt, sodass die Dichtlippe 51 exakt zentriert an der Gegendichtfläche in der Dicht- lippenaufnahmenut 25 in einem Dichtkontakt zur Anlage kommen kann.
Dieser Dichtkontakt ist in den Fig. 4 und Fig. 5 im Detail zu erkennen, wobei die Abdeckhaube 3 und die Druckfeder 4 der besseren Übersichtichkeit wegen ausgeblendet sind. Fig. 5 zeigt Detail B aus Fig. 4.
In der Fig. 6 ist eine zur Fig. 5 alternative Dichtungsbefestigung gezeigt. Die Dichtung 5 ist hierbei an den Membranträger 2 in einem 2K-Spritzgussverfahren angespritzt, wobei der Membranträger zumindest eine Ausnehmung aufweist, durch die Dichtungsmaterial durchgespritzt ist. Die Dichtung kann gemäß dieser und anderen Ausführungsformen (auch bei nicht-angespritzter Dichtung) auch mehr als eine Dichtlippe 51 aufweisen, die bevorzugt koaxial, bevorzugt konzentrisch, zueinander angeordnet sind. Hierbei kann eine der Dichtlippen 51 eine größere Länge haben als die andere, wobei hierdurch die zur Verpressung bzw. Erreichung der Dichtkraft nötigen Axialkräfte reduziert werden können.
Bezuqszeichenliste
10 Entgasungseinheit
1 Grundkörper
11 Führungsbohrungen
12 Schutzgitter
13 Bajonettverbindungsmittel
14 Rasthaken
15 Gasdurchtrittsöffnung
151 Rand der Gasdurchtrittsöffnung
16 Dichtungsaufnahmenut des Grundkörpers
2 Membranträger
21 Führungszapfen
22 Federführung
23 Anschlagbrücke
24 Gasdurchtrittsöffnung des Membranträgers
25 Dichtlippenaufnahmenut des Membranträgers
3 Abdeckhaube
31 Rastöffnungen
32 Be-/Entlüftungsöffnung
33 Federführung
4 Federelement/Spiralfeder
5 Dichtung/Lippendichtung
51 Dichtlippe
52 Befestigungsbereich der Dichtung
6 semipermeable Membran
61 Äußere Membranoberfläche
7 Gehäusedichtung
G Gasströmung bei Notentgasung
N Notentgasungsöffnung/-strömungsquerschnitt

Claims

Patentansprüche
1. Entgasungseinheit (10) für ein Elektronikgehäuse, insbesondere für eine Batte rie, insbesondere für eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, die einen flu iddicht mit einem Rand einer Druckausgleichsöffnung des Elektronikgehäuses verbindbaren Grundkörper (1 ) aufweist, der zumindest eine Gasdurchtrittsöff nung (15) aufweist, die in einem Normalbetriebszustand der Entgasungseinheit (10) von einer semipermeablen Membran (6) abgedeckt ist, welche einen Durchtritt von gasförmigen Medien von einer Umgebung in das Elektronikge häuse und umgekehrt ermöglicht, den Durchtritt von flüssigen Medien und/oder Feststoffen jedoch unterbindet, dadurch gekennzeichnet, dass
die Membran (6) auf einem relativ zum Grundkörper (1 ) verlagerbaren Memb ranträger (2) fluiddicht befestigt ist, welcher in dem Normalbetriebszustand durch eine Axialkraft dichtend an eine einen Rand (151 ) der Gasdurchtrittsöff nung (15) des Grundkörpers (1 ) umlaufende axiale Dichtung (5) angepresst ist, sodass der Membranträger (2) bei Überschreiten einer vorbestimmten Druck differenz zwischen einem Innenraum des Elektronikgehäuses und einer Umge bung unter Freigabe zumindest einer die Membran (6) umgehenden Notentga sungsöffnung (N) von dem Grundkörper (1 ) abhebbar ist, um die Entgasungs einheit (10) in einen Notentgasungszustand zu überführen, wobei die axiale Dichtung (5) als Lippendichtung ausgebildet ist und wobei die Dichtung (5) aus einem weicheren Werkstoff besteht als der Membranträger (2).
2. Entgasungseinheit (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (6) umlaufend mit dem Membranträger fluiddicht verbunden ist, ins besondere umlaufend verschweißt, wobei die Membran (6) bevorzugt an einer zu dem Grundkörper (1 ) weisenden Innenseite des Membranträgers (2) vor liegt.
3. Entgasungseinheit (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die umlaufende Dichtung (5) an dem Membranträger (2) an einer zu dem Grundkörper (1 ) weisenden Innenseite oder an dem Grundkörper (1 ) an einer zu dem Membranträger (2) weisenden Außenseite angeordnet ist, wobei die Dichtung (5) zumindest eine Dichtlippe (51 ) umfasst , und wobei die Dichtung (5) in dem Normalbetriebszustand die Gasdurchtrittsöffnung (15) gegenüber der Membran (6) abdichtet.
4. Entgasungseinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Membranträger (2) durch zumindest ein Federelement (4) an den Grundkörper (1 ) angepresst wird.
5. Entgasungseinheit (10) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (1 ) an seiner zu dem Membranträger (2) weisenden Au ßenseite oder der Membranträger (2) an seiner zu dem Grundkörper (1 ) wei senden Innenseite eine die Gasdurchtrittsöffnung (15) umlaufende Dichtungs aufnahmenut (16) aufweist, in der die Dichtung (5), insbesondere die Lippen dichtung, gehalten ist.
6. Entgasungseinheit (10) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (5) an den Membranträger (2) oder den Grundkörper (1 ) an gespritzt ist, bevorzugt durch ein 2K-Spritzgießverfahren, oder angeklebt ist.
7. Entgasungseinheit (10) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entgasungseinheit (10) eine Abdeckhaube (3) aufweist, welche mit dem Grundkörper (1 ) verbunden ist, wobei die Abdeckhaube (3) be vorzugt zumindest eine Be-/Entlüftungsöffnung (32) aufweist.
8. Entgasungseinheit (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Federelement (4) einenends an einer zu dem Membranträger (2) wei senden Innenfläche der Abdeckhaube (39) und anderenends an einer zu der Abdeckhaube (3) weisenden Außenfläche des Membranträgers (2) abstützt.
9. Entgasungseinheit (10) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckhaube (3) den Außenumfang des Grundkörpers (1 ) zumindest teilumfänglich übergreift und bevorzugt mittels eines Rastelementeingriffs (14,31 ) an dem Außenumfang des Grundkörpers (1 ) befestigt ist.
10. Entgasungseinheit (10) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Grundkörper (1 ) und dem Membranträger (2) zumindest eine Linearführung (11 ,21 ) vorliegt, die dazu ausgebildet ist, den Membranträger (2) beim Überführen von dem Normalbetriebszustand in den Notentgasungszustand und umgekehrt axial zu führen.
11. Entgasungseinheit (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Linearführung (11 ,21 ) als eine Kombination von zumindest einem korres pondierenden Zapfen (21 ) und einer Bohrung (11 ) ausgebildet ist, wobei bevor zugt an der zu dem Membranträger (2) weisenden Außenseite des Grundkör pers (1 ) zumindest eine Bohrung (11 ) vorliegt und an der zu dem Grundkörper (1 ) weisenden Innenseite des Membranträgers (2) ein mit der Bohrung (11 ) korrespondierender Zapfen (21 ), welcher in der Bohrung (11 ) geführt ist.
12. Entgasungseinheit (10) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdurchtrittsöffnung (15) des Grundkörpers (1 ) von einem fluiddurchlässigen Schutzgitter (12) zumindest teilweise abgedeckt ist, bevor zugt vollflächig abgedeckt.
13. Entgasungseinheit (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzgitter (12) einteilig mit dem Grundkörper (1 ) ausgebildet ist oder als ein separates Bauteil mit diesem verbunden ist, insbesondere an einer in dem Montagezustand zu dem Elektronikgehäuse weisenden Innenseite des Grund körpers (1 ).
14. Entgasungseinheit (10) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- der Grundkörper (1 ) zumindest ein Verbindungsmittel aufweist, mit dem die Entgasungseinheit (10) mit dem Elektronikgehäuse verbindbar ist, wobei das Verbindungsmittel bevorzugt als Bajonettverbindungsmittel (13) oder als Ge windeverbindungsmittel ausgebildet ist, wobei das Bajonettverbindungsmittel besonders bevorzugt von einer in dem Montagezustand zu dem Elektronikge häuse weisenden Innenseite des Grundkörpers (1 ) axial abragt und/oder
- die Entgasungseinheit (10) eine Gehäusedichtung (7) aufweist, welche die Gasdurchtrittsöffnung (15) des Grundkörpers (1 ) an seiner Innenseite umlau fend umgibt.
15. Elektronikgehäuse, insbesondere Batteriegehäuse, insbesondere einer Trakti- onsbatterie eines Kraftfahrzeugs, das zumindest eine Gehäusewandung mit zumindest einer Druckausgleichsöffnung aufweist, wobei in dem Elektronikge häuse bevorzugt Batteriezellen anordenbar sind, wobei die Druckausgleichsöff nung von einer Entgasungseinheit verschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Entgasungseinheit eine Entgasungseinheit (10) nach einem der An- Sprüche 1 bis 14 ist.
16. Elektronikgehäuse, nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass an der Gehäusewandung in einem die zumindest eine Druckausgleichsöffnung umge benden Bereich zumindest ein mit dem Bajonettverbindungsmittel (13) der Ent- gasungseinheit (10) korrespondierendes Gegenverbindungsmittel vorliegt.
17. Elektronikgehäuse, nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusewandung an einer Außenseite eine die Druckausgleichsöff nung umlaufende Dichtfläche aufweist, an der in einem Montagezustand die Gehäusedichtung (7) der Entgasungseinheit (10) anliegt.
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