EP4196711A1 - Druckausgleichsvorrichtung und elektrochemisches system - Google Patents

Druckausgleichsvorrichtung und elektrochemisches system

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EP4196711A1
EP4196711A1 EP21758705.4A EP21758705A EP4196711A1 EP 4196711 A1 EP4196711 A1 EP 4196711A1 EP 21758705 A EP21758705 A EP 21758705A EP 4196711 A1 EP4196711 A1 EP 4196711A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sealing
pressure compensation
compensation device
pressure
spring element
Prior art date
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Pending
Application number
EP21758705.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias GOLDSCHE
Axel Streicher
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.)
ElringKlinger AG
Original Assignee
ElringKlinger AG
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 ElringKlinger AG filed Critical ElringKlinger AG
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Pending legal-status Critical Current

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Definitions

  • the present invention relates to a pressure equalization device, in particular for equalizing an overpressure in an electrochemical system.
  • the present invention also relates to an electrochemical system comprising one or more pressure compensation devices according to the invention.
  • the present invention is based on the object of providing a pressure equalization device by means of which pressure equalization can be brought about in the event of excess pressure, in particular in an electrochemical system, and which can be produced as simply as possible.
  • the pressure equalization device in particular for equalizing an overpressure in an electrochemical system, preferably comprises a base element and/or a sealing device which, when the pressure equalization device is in a closed state, closes an interior space of the pressure equalization device.
  • the pressure compensation device includes a connecting device for connecting the base element and the sealing device.
  • the sealing device bears sealingly against the base element in the closed state of the pressure compensation device and is fixed relative to the base element by means of the connecting device and if a thereby formed fixing connection between the base element and the sealing device can be released to release a fluid connection between the interior of the pressure equalization device and an environment of the pressure equalization device.
  • the connecting device preferably comprises a spring element, the spring force of which acts in particular in a direction running transversely to an opening direction of the pressure equalization device.
  • the spring force acts in a direction running at least approximately perpendicular to the opening direction of the pressure compensation device.
  • the spring force of the spring element acts in a direction running transversely, in particular at least approximately perpendicularly, to the opening direction of the pressure equalization device, in particular an opening pressure of the pressure equalization device can be adjusted.
  • the opening pressure is to be understood in particular as a critical pressure.
  • the pressure compensation device changes from the closed state to the open state.
  • the spring element is a shaped spring and/or a leaf spring.
  • a “formed spring” is preferably to be understood as meaning a purposefully produced spring which is produced, for example, from spring steel sheet and/or spring steel strip.
  • a shaped spring is in particular a flat spring and/or a leaf spring.
  • thermo runaway is a so-called “thermal event”. Thermal events are associated in particular with a strong increase in pressure within the electrochemical cell and/or with high temperatures, for example with temperatures of 1000° C. or more.
  • a pressure equalization between the interior of the pressure equalization device, preferably a container of an electrochemical system, and the environment of the pressure equalization device can now be brought about by the pressure equalization device.
  • the container of the electrochemical system is, for example, a housing of the electrochemical system.
  • Pressure equalization is preferably to be understood as an adjustment of the internal pressure in the interior of the pressure equalization device to an external pressure in the area surrounding the pressure equalization device, in particular when a limit value is exceeded, for example the opening pressure.
  • the pressure compensation device is particularly suitable for use in vehicles, for example in electrochemical systems in the form of battery storage devices in vehicles.
  • the safety of vehicle occupants is increased by the pressure equalization device, since gases can be discharged in the event of excess pressure in a battery store, and in particular ignition of the battery store can thus be prevented.
  • the opening direction of the pressure compensation device is preferably a pressure compensation direction which runs from an area of higher pressure, for example the interior of the pressure compensation device, to an area of lower pressure, for example the area surrounding the pressure compensation device.
  • the pressure compensation device is at least approximately circular in cross-section taken perpendicular to the opening direction.
  • the pressure compensation device is at least approximately oval or rectangular in cross section taken perpendicular to the opening direction.
  • a width and/or a diameter of an opening channel of the pressure equalization device in a plane arranged perpendicular to the opening direction is larger by a factor of three or more, in particular by a factor of five or more, than an extension of the pressure equalization device in a direction parallel to the opening direction.
  • the pressure compensation device has a sufficiently large cross section to prevent the electrochemical system from bursting.
  • the spring element has one or more retaining elements, for example one or more inwardly projecting latching Cracks, which, in the closed state of the pressure compensation device, reach behind and/or surround a part of the sealing device in the opening direction.
  • the one or more retaining elements are preferably retaining lugs, which engage and/or snap into retaining recesses of the sealing device that are designed to be complementary thereto.
  • the sealing device comprises a holding element which preferably has one or more holding elevations, for example one or more holding lugs.
  • the one or more retaining depressions of the sealing device are arranged adjacent to and/or formed by the one or more retaining elevations.
  • the holding element has a holding depression which is formed as a constriction adjacent to a holding elevation.
  • the holding element has exactly one holding depression and/or exactly one holding elevation
  • these are preferably formed circumferentially along a circumferential direction of the holding element.
  • the spring element is at least approximately U-shaped in a cross section taken parallel to the opening direction.
  • the spring element can thus encompass the holding element, in particular on three sides.
  • the spring element preferably has two or more legs which extend away from a connecting section of the spring element in the opening direction. It can be favorable if the one or more retaining elements of the spring element are arranged on the ends of the two or more legs that face away from the interior.
  • the connecting device comprises a receiving element, which receives and/or holds the spring element, in particular a connecting section of the spring element facing the interior.
  • the receiving element has a counter-holding section, which is arranged on a side of the sealing section of the receiving element that faces away from the interior space and at a distance from it.
  • the counter-holding section preferably engages behind the spring element in the closed state of the pressure compensation device.
  • the connecting section of the spring element is accommodated and/or clamped between the sealing section and the counter-holding section of the receiving element.
  • the receiving element forms, for example, a receiving shoe for the spring element.
  • the receiving element has a plurality of contact areas, in particular punctiform or linear, which are in direct contact with the spring element and preferably receive and/or support the spring element on both sides.
  • the multiple contact areas are formed by bulges in the sealing section and/or in the counter-holding section.
  • the spring element abuts and/or rests on an end of the spring element facing the interior of the pressure compensation device on two contact areas of the sealing section.
  • the connecting section is pressed by a contact area against the sealing section of the receiving element on a side of the connecting section facing away from the interior.
  • the legs of the spring element are and/or are held at a distance from two further contact areas of the counter-retaining section of the receiving element and/or are pressed outwards.
  • the sealing device preferably comprises a support plate and an adjoining holding element, for example a pin, with the holding element preferably extending away from the support plate in the opposite direction to the opening direction and/or being held and/or surrounded by the spring element in the closed state of the pressure equalization device, in particular in this way that the spring element surrounds the holding element, in particular on two sides.
  • the one or more retaining elements of the spring element preferably engage in one or more retaining recesses of the retaining element and/or are locked with them.
  • the one or more retaining elevations of the retaining element extend radially outwards away from a base body of the retaining element with respect to a central axis of the pressure compensation device.
  • the spring element opens along a direction pointing towards the interior and, for example, the base element has a retaining element which is fixed between the legs of the spring element in the closed state of the pressure compensation device.
  • the connecting section of the spring element is preferably fixed to the sealing device.
  • one or more retaining elements of the spring element each form a stop with respect to a movement of the sealing device opposite to the opening direction when the pressure compensation device is in an open state.
  • an opening pressure of the pressure compensation device can be adjusted by adjusting the shape of the one or more retaining elements.
  • the opening pressure is set by setting an angle which inclined sections of the one or more retaining elements enclose with the opening direction.
  • a contact pressure of the spring element on the sealing device can be adjusted by the angle. This can facilitate assembly of the pressure compensation device.
  • the sealing device when the critical pressure is exceeded, for example the opening pressure, the sealing device is pressed in the opening direction with a force that exceeds a spring force of the spring element and if this causes the one or more legs of the spring element to move transversely to the Opening direction running direction (s) are pressed that a movement of the sealing device relative to the Basic element is released in the opening direction.
  • the pressure compensation device thus reaches an open state.
  • the connecting device comprises at least one further spring element, which is held in a compressed position between the base element and the sealing device in the closed state of the pressure equalization device and/or which is held in a relaxed position (rest position) in an open state of the pressure equalization device is.
  • the at least one further spring element is preferably a compression spring, for example a spiral spring.
  • the at least one further spring element is preferably used for fine adjustment of the opening pressure of the pressure compensation device, for example in the range of ⁇ 100 mbar.
  • the spring force of the at least one further spring element preferably acts in a direction arranged transversely to the direction in which the spring force of the spring element acts.
  • a ratio of a length of the spring element parallel to the opening direction to an average material thickness of the spring element is approximately 4:1 or more, in particular approximately 10:1 or more, for example approximately 20:1 or more .
  • the ratio of the length of the spring element parallel to the opening direction to the average material thickness of the spring element is approximately 100:1 or less, in particular approximately 90:1 or less, for example approximately 80:1 or less.
  • a ratio of a minimum width of the spring element perpendicular to the opening direction to the average material thickness of the Spring element about 2: 1 or more, in particular about 5: 1 or more, for example about 10: 1 or more.
  • the ratio of the minimum width of the spring element perpendicular to the opening direction to the average material thickness of the spring element is preferably approximately 50:1 or less, in particular approximately 45:1 or less, for example approximately 40:1 or less.
  • the minimum width of the spring element is preferably a distance between two retaining elements in a direction perpendicular to the opening direction.
  • the minimum width of the spring element can be a minimum diameter of the spring element.
  • the opening pressure and/or the critical pressure can preferably be adjusted by selecting the average material thickness and/or the length and/or the minimum width of the spring element.
  • the sealing device comprises a membrane, in particular one that is porous, a sealing element and/or a sealing ring, in particular connected to the sealing element and/or the membrane.
  • the sealing element has one or more sealing lips, which in particular bear against the base element at an end of the base element facing away from the interior and/or rest on the base element.
  • the sealing element is preferably a molded seal.
  • the sealing element is firmly bonded to the support plate and/or the sealing ring of the sealing device, for example by injection molding and/or vulcanizing. In this way, the pressure compensation device can be produced inexpensively.
  • the one or more sealing lips is or are preferably supported on the base element at a differential pressure and/or form a seal.
  • the membrane is materially fixed to the support plate and/or the sealing ring, for example by gluing and/or welding and/or overmoulding.
  • the membrane can be fixed to the support plate and/or the sealing ring in a materially, non-positively and/or form-fitting manner, for example by welding, gluing and/or clamping. Furthermore, it can be provided that the membrane is arranged, in particular fixed, on the support plate and/or on the sealing ring by injection molding and/or encapsulation in an injection molding process.
  • the sealing device preferably comprises a support plate.
  • the membrane and/or a sealing element, in particular a sealing lip, and/or a sealing ring for fixing the membrane and/or the sealing element are preferably arranged on the support plate, in particular fixed in a form-fitting and/or force-fitting and/or cohesive manner.
  • the support plate is an injection molded component.
  • a sealing ring for fixing the membrane and/or the sealing element is preferably an injection molded component.
  • a sealing element in particular a sealing lip, is preferably an injection molded component.
  • the support plate together with the sealing ring for fixing the membrane and / or the sealing element and / or together with the sealing element, in particular the sealing lip, in a multi-stage Injection molding process, in particular a 2K injection molding process, is manufactured or manufacturable. It can be advantageous if the production takes place in a single tool, with the support plate being produced first and then the sealing ring and/or the sealing element, in particular the sealing lip, preferably one after the other and/or using different materials, in particular different plastic materials.
  • the sealing ring and the sealing element, in particular the sealing lip, are preferably formed from a material that is different from the material of the support plate.
  • sealing ring and the sealing element are designed as a common component and/or are formed from the same material, for example an elastic sealing material.
  • the membrane can be introduced as an insert element into a tool for producing the sealing device and then overmoulded. In this way, in particular, a form-fitting reception of the membrane in the sealing ring is obtainable.
  • a sealing ring for accommodating the membrane surrounds or surrounds the membrane, preferably radially circumferentially and/or on both main sides of the membrane.
  • the sealing ring surrounds the membrane in an edge region thereof, preferably in a substantially C-shape.
  • the web elements extend in particular from the sealing ring radially outwards to the sealing element, in particular to the sealing lip. It can be advantageous if the support plate comprises one or more receiving areas for receiving the one or more web elements.
  • the one or more receiving areas are in particular indentations, which are filled or filled by means of the one or more bar elements. This preferably results in a substantially planar surface of the sealing device.
  • the sealing ring and/or the sealing element, in particular the sealing lip, and/or one or more web elements preferably extend on an underside of the support plate, on which the holding element is arranged.
  • sealing ring and/or the sealing element in particular the sealing lip, and/or one or more web elements extend on an upper side of the support plate facing away from the holding element.
  • the membrane is formed from an open-pored material.
  • the membrane is in particular air-permeable and/or water-impermeable.
  • the membrane comprises a polytetrafluoroethylene (PTFE) material and/or graphene or is formed from an in particular open-pored PTFE material and/or a graphene material.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • the membrane comprises or is formed from a fleece material.
  • the pressure equalization device can include a protective cover which covers the remaining components of the pressure equalization device and which is in particular detachably connected to the base element of the pressure equalization device. It can be advantageous if the protective cover is connected to the base element in a material-to-material and/or non-positive and/or positive-locking manner.
  • the protective cover is fixed to the base element by clipping, screwing, heat caulking and/or welding.
  • the pressure compensation device comprises a monitoring device by means of which an opening process of the pressure compensation device can be detected and/or by means of which it can be monitored whether the pressure compensation device is in the open or closed state.
  • the monitoring device preferably includes a magnet and a Hall sensor, the Hall sensor being fixed relative to a change in position of the sealing device.
  • the magnet is arranged along the opening direction between the membrane of the sealing device and the spring element of the connecting device.
  • the pressure compensation device comprises an EMC (electromagnetic compatibility) protection element, which serves to increase the electromagnetic compatibility of the pressure compensation device.
  • EMC electromagnetic compatibility
  • Contact protection elements can preferably be provided in the pressure compensation device, for example in the form of an insulating cover or casing.
  • an insulating coating can be provided on the protective cover or the protective cover can be made of an insulating material, which means that it is possible to touch the protective cover without danger, even in the event of short circuits and/or electrical charges being released.
  • the base element comprises an adapter section designed in the form of a ring for fixing the pressure compensation device on and/or in a wall of an electrochemical system.
  • the adapter section preferably comprises a fixing element which is formed as part of the following fixing mechanisms: bayonet catch; and/or screwing; and/or clip connection.
  • the pressure compensation device can be installed from an outside of the wall of the electrochemical system facing away from the interior or from an inside of the wall facing the interior.
  • the bayonet lock is designed such that the pressure equalization device can only be detached and/or installed from a side facing the interior.
  • the clip connection is formed from a polymer material or from a metallic material.
  • part of the clip connection is made of a metallic material and part of the clip connection is made of a polymer material.
  • the pressure compensation device is fixed to the wall of the electrochemical system by a two-component connection.
  • the pressure compensation device is fixed to the wall of the electrochemical system by a bayonet ring and a counter-element, for example a lock nut.
  • the base element is preferably designed in one piece.
  • the base element can be in several parts and for the different elements of the base element to be connected to one another in a non-positive and/or positive and/or cohesive manner.
  • the base element comprises a central section for receiving at least one component of the sealing device and/or that the base element comprises an outer ring surrounding the central section for supporting the base element on the adapter section of the base element and/or for storing the sealing device on the base element.
  • the base element preferably comprises a central section and an outer ring surrounding the central section at a distance, the central section and the outer ring being connected to one another by means of one or more ribs of the base element.
  • the pressure equalization device comprises a dehumidifying device which is arranged in particular in the interior of the pressure equalization device and/or comprises a hygroscopic material.
  • the pressure compensation device additionally or alternatively has one or more of the following features or one or more of the following advantages: a connection between a wall of the electrochemical system and the pressure compensation device has a fluid tightness which lasts over the service life of the electrochemical system up to an opening of the Pressure compensation device remains essentially unchanged; and/or the pressure compensation device consists of elements that are easy to produce, so that it can be produced inexpensively and a number of pressure compensation devices can be integrated into an electrochemical system without incurring excessive costs; and/or a fluid exchange between the interior of the pressure equalization device and the environment of the pressure equalization device in the closed state of the pressure equalization device is minimized; and/or the pressure equalization device has a pressure-independent width and/or a pressure-independent cross-section perpendicular to the opening direction and/or the pressure equalization device can be opened multiple times without being destroyed, whereby in particular an end-of-line test can be carried out.
  • the invention also relates to an electrochemical system.
  • the invention is based on the object of providing an electrochemical system in which, when a critical Pressure in an interior of the electrochemical system, a pressure equalization with an environment of the electrochemical system can be brought about and which is as simple as possible to produce.
  • the electrochemical system comprises one or more pressure compensation devices according to the invention, wherein the one or more pressure compensation devices are preferably fixed on and/or in a wall of the electrochemical system, in particular in a form-fitting and/or force-fitting and/or cohesive manner.
  • the electrochemical system according to the invention preferably has one or more of the features mentioned in connection with the pressure equalization device according to the invention and/or one or more of the advantages mentioned in connection with the pressure equalization device according to the invention.
  • the one or more pressure compensation devices are fixed as follows on and/or in the housing wall of the electrochemical system: by means of a bayonet lock; and/or by means of a screw connection; and/or by means of a clip connection.
  • FIG. 1 shows a schematic perspective view of an embodiment of a pressure equalization device in a wall of an electrochemical system, wherein the pressure equalization device can be used to equalize pressure between an interior of the electrochemical system and an environment in the event of excess pressure within a housing of the electrochemical system;
  • FIG. 2 shows a schematic perspective representation of the pressure equalization device from FIG. 1 from below, wherein a side of a base element facing the interior can be seen;
  • FIGS. 1 and 2 shows a schematic plan view of the pressure compensation device from FIGS. 1 and 2;
  • FIG. 4 shows a schematic sectional illustration of the pressure equalization device from FIGS. 1 to 3 along a plane labeled IV in FIG. 3;
  • FIG. 5 shows a schematic perspective view of the sectional view from FIG. 4;
  • FIG. 6 shows an enlarged section of that labeled VI in FIG.
  • Fig. 7 shows a schematic perspective representation of a connecting device of the pressure compensation device from Figs. 1 to 6, by means of which the sealing device and the base element of the pressure compensation device are connected to one another in a sealed manner in the closed state;
  • FIG. 8 shows a schematic side view of the connecting device from FIG. 7, in which a three-point mount of a receiving element can be seen, in which a spring element of the connecting device is received;
  • FIG. 9 shows a diagram in which an opening pressure of the pressure compensation device is shown as a function of a spring force of the spring element of the connecting device
  • FIG. 10 shows a schematic representation of an electrochemical system which comprises a plurality of pressure equalization devices
  • FIG. 11 shows a schematic perspective representation of an alternative embodiment of a sealing device, which is produced in a multi-stage injection molding process
  • FIG. 12 shows a schematic perspective representation of the sealing device from FIG. 11, looking at an underside of the sealing device;
  • FIG. 13 is a plan view of the sealing device of FIG. 11;
  • FIG. 14 shows a schematic section through the sealing device from FIG. 11 along the line XIV-XIV in FIG. 13;
  • FIG. 15 shows an exploded view of the sealing device from FIG. 11; 16 shows a schematic perspective representation of a further alternative embodiment of a sealing device, which is produced in a multi-stage injection molding process;
  • FIG. 17 shows a schematic perspective representation of the sealing device from FIG. 16, looking at an underside of the sealing device;
  • FIG. 18 is a plan view of the sealing device of FIG. 16;
  • FIG. 19 shows a schematic section through the sealing device from FIG. 16 along the line XIX-XIX in FIG. 18;
  • FIG. 20 shows an exploded view of the sealing device from FIG. 16.
  • FIGS. 1 to 9 show an embodiment of a pressure equalization device, denoted as a whole by 100, which is fixed on and/or in a wall 102 of an electrochemical system 104, which is not graphically shown as a whole in FIGS.
  • the electrochemical system 104 is a battery store, for example.
  • the electrochemical system 104 is particularly suitable for use in vehicles.
  • the electrochemical system 104 preferably includes a plurality of electrochemical cells, which in particular include batteries, for example lithium-ion batteries.
  • the electrochemical system 104 comprises one or more pressure compensation devices 100 .
  • the pressure compensation device 100 is shown in a closed state in all figures.
  • Pressure equalization device 100 preferably serves to equalize pressure between an interior space 106 of pressure equalization device 100 and/or electrochemical system 104 and an environment 108 of pressure equalization device 100.
  • the pressure compensation device 100 comprises a base element 110, a sealing device 112 and a connecting device 114.
  • Base element 110 is preferably used to stabilize and/or fix pressure equalization device 100.
  • base element 110 comprises an outer ring 116 that is at least approximately hollow-cylindrical and that, when pressure equalization device 100 is in the installed state, rests on a side of wall 102 that faces away from interior space 106 and/or forms a guide for fluid flowing out of the interior space 106 when the pressure compensation device 100 is in the open state.
  • the pressure equalization device 100 is at least approximately circular in the present case.
  • the pressure compensation device 100 is at least approximately oval or rectangular in cross section taken perpendicular to the opening direction 144 .
  • a width and/or diameter of an opening channel surrounded by base element 110 of pressure equalization device 100 in a plane arranged perpendicular to the opening direction is greater than one by a factor of three or more, in particular by a factor of five or more Extension of the pressure compensation device 100 in a direction running parallel to the opening direction 144 .
  • the base element 110 preferably comprises a central section 120, which serves in particular to accommodate and/or stabilize the sealing device 112 and/or connecting device 114.
  • outer ring 116 is connected to the central section 120 by ribs 124 extending in radial directions with respect to the central axis 118 .
  • the ribs 124 each form a protection against accidental contact.
  • the central axis 118 and the opening direction 144 of the pressure compensation device 100 are preferably arranged at least approximately parallel to one another.
  • Outer ring 116 preferably has an outer section 126, which bears against the outside of wall 102, facing away from interior space 106, and/or a support section 128, which in particular forms a passage through a pressure equalization opening 130 in wall 102 of electrochemical system 104.
  • the ribs 124 extend radially inwards from the support section 128 .
  • the base element 110 preferably has an adapter section 132 which is arranged radially on the outside relative to the outer ring 116 with respect to the central axis 118 of the pressure compensation device 100 .
  • the adapter section 132 serves in particular to connect the base element 110 to the wall 102 and/or to seal the connection in a fluid-tight manner.
  • the base element 110 has a sealing ring 134 which is arranged in a receiving groove provided for this purpose between the adapter section 132 and the outer ring 116 and in particular forms a fluid-tight seal between the wall 102 and the base element 110 .
  • the sealing ring 134 is preferably a molded seal, for example an O-ring.
  • the adapter section 132 has a fixing element for producing a bayonet lock, which is connected to a fixing element designed to complement it in the wall 102 of the electrochemical system 104 to form a bayonet lock (not shown in detail).
  • the adapter section 132 is screwed to the wall 102 of the electrochemical system 104 .
  • a bayonet ring can be connected to a counter-element, for example a lock nut.
  • connection of the pressure compensation device 100 and the wall 102 is preferably made entirely of a polymer material or entirely of a metallic material.
  • part of the connection between the pressure compensation device 100 and the wall 102 is formed from a polymer material and another part is formed from a metallic material.
  • the pressure compensation device 100 is connected to the wall 102 of the electrochemical system 104 by means of a clip connection.
  • the pressure compensation device 100 has a protective cover 136 which is connected to the adapter section 132 of the base element 110 in a form-fitting and/or non-positive manner, for example by means of a latching connection and/or clip connection.
  • the protective cover 136 can be fixed to the adapter section 132 of the base element 110, for example, by a screw connection and/or by heat caulking and/or by a welded connection.
  • the protective cover 136 serves in particular to protect and/or cover the pressure equalization device 100 on a side facing away from the interior space 106 .
  • the sealing device 112 comprises a support plate 138 and a holding element 140 .
  • the support plate 138 serves, for example, as a support for a membrane 142 and/or as a fluid resistance.
  • the membrane 142 is cohesively fixed to the support plate 138 and/or a sealing ring 180 of the sealing device 112 by gluing and/or welding and/or overmolding.
  • the membrane 142 can be fixed to the support plate 138 and/or the sealing ring 180 in a non-positive and/or positive manner, for example by clamping.
  • the holding element 140 preferably extends away from the support plate 138 counter to an opening direction 144 of the pressure compensation device 100 .
  • the holding element 140 is a pin 146.
  • the base element 110 and the sealing device 112 are connected to one another in a fluid-tight manner by means of the connecting device 114 when the pressure compensation device 100 is in a closed state.
  • the connecting device 114 has a spring element 150 in the present case, the spring force of which acts in particular in a direction transverse to the opening direction 144 and/or to the central axis 118 of the pressure equalization device 100 .
  • the spring force of spring element 150 acts in a direction running at least approximately perpendicularly to opening direction 144 and/or to central axis 118 of pressure equalization device 100 .
  • sealing device 112 For example, retaining element 140 of sealing device 112 is fixed by spring element 150 in such a way that sealing device 112, for example a sealing element 152 of sealing device 112, rests against base element 110 and/or base element 110 at an end of base element 110 that faces away from interior space 106 is pressed.
  • the spring element 150 is preferably a leaf spring 154 and/or a shaped spring 156.
  • the spring element 150 is at least approximately U-shaped in a cross section taken parallel to the opening direction 144 of the pressure compensation device 100 .
  • the spring element 150 has two legs 158 which extend away from a connecting section 160 of the spring element 150 in directions pointing away from the interior space 106 .
  • a main extension The plane of connecting section 160 is preferably arranged at least approximately perpendicularly to opening direction 144 of pressure equalization device 100.
  • the spring element 150 is arranged rotated by 180° compared to the embodiment shown in FIGS.
  • a holding element of the base element 110 is fixed in the closed state of the pressure compensation device 100 between the legs of the spring element 150 (not shown in the drawing).
  • spring element 150 is accommodated in and/or by a receiving element 162 of connecting device 114 in particular for stabilizing and/or fixing spring element 150 .
  • the receiving element 162 is, for example, a receiving shoe.
  • the receiving element 162 has an at least approximately trough-shaped sealing section 164 and/or a counter-holding section 166.
  • the counter-holding section 166 is arranged in an area surrounded by the sealing section 164 .
  • the sealing section 164 of the receiving element 162 is preferably received in a sealing manner by the central section 120 in the closed state of the pressure compensation device 100 .
  • the receiving element 162 has at least approximately a rectangular shape in a cross section taken perpendicularly to the central axis 118 of the pressure compensation device 100 .
  • the receiving element 162 is preferably connected to the central section 120 of the base element 110 in a form-fitting and/or force-fitting manner and/or with a material connection.
  • the receiving element 162 is clipped into an opening formed by the central section 120 .
  • the receiving element 162 has one or more, here several, punctiform or linear contact regions 168 which are in direct contact with the spring element 150 and/or on which the spring element 150 rests directly.
  • areas of the receiving element 162 arranged adjacent to the contact areas 168 are arranged at a distance from the spring element 150 .
  • the counter-holding section 166 has three contact areas 168, one of the contact areas 168 extending on a side of the counter-holding section 166 facing the interior space 106 from a base body of the counter-holding section 166 in the direction of the interior space 106.
  • the two further contact areas 168 extend, in particular, laterally away from the base body of counterholding section 166 and/or along radial directions with respect to central axis 118 of pressure equalization device 100.
  • the contact areas 168 are formed, for example, by bulges and/or projections in the receiving element 162 . It can be advantageous if the sealing section 164 has a plurality of contact areas 168, in this case two, which extend away from a base body of the sealing section 164 in the direction of the counterholding section 166 on a side of the sealing section 164 facing away from the interior space 106.
  • the connecting section 160 of the spring element 150 is preferably accommodated and/or fixed between contact areas 168 of the counter-holding section 166 and contact areas 168 of the sealing section 164 of the receiving element 162 .
  • legs 158 of the spring element 150 are and/or are held spaced apart and/or pressed outwards by contact regions 168 of the counter-holding section 166 .
  • the spring element 150 has a retaining element 170 on each leg 158 at the ends facing away from the interior space 106 .
  • the spring element 150 has in particular projections which protrude inwards and by means of which the holding element 140 of the sealing device 112 is fixed.
  • the retaining elements 170 are latching projections 172.
  • the retaining elements 170 engage in one or more retaining recesses 174 of the retaining element 140 when the pressure compensation device 100 is in the closed state.
  • the one or more holding depressions 174 adjoin one or more holding elevations 176 in particular on a side of the holding element 140 facing away from the interior 106 .
  • the one or more retaining elevations 176 are, for example, retaining lugs and/or cams. It can be provided that exactly one holding recess 174 is formed around the holding element 140 of the sealing device 112 along a circumferential direction.
  • the holding element 140 has a plurality of holding depressions 174 .
  • the holding element 140 of the sealing device 112 has exactly one holding elevation 176 running around in the circumferential direction.
  • the holding element 140 has a plurality of holding elevations 176 .
  • the legs 158 of the spring element 150 encompass the holding element 140.
  • the connecting device 114 in the present case has a further spring element 178, which in the present case is a compression spring in the form of a spiral spring.
  • the spring force of the additional spring element 178 preferably acts transversely, in this case at least approximately perpendicularly, to the spring force of spring element 150.
  • the further spring element 178 is preferably used to accelerate an opening of the pressure compensation device 100 as soon as a transition from the closed state to the open state has begun.
  • the further spring element 178 can form a complete and/or immediate opening of the pressure compensation device 100 over its entire width and/or its entire cross section. It can be advantageous if the further spring element 178 surrounds the holding element 140, in particular coaxially.
  • the further spring element 178 is preferably in a compressed state.
  • sealing device 112 When a critical pressure in interior space 106 of pressure-equalizing device 100 is exceeded, sealing device 112 is pressed in particular in opening direction 114 in such a way that legs 158 of spring element 150 are pressed radially outwards and latching occurs between retaining element 140 of sealing device 112 and spring element 150 of the Connecting device 114 is released.
  • the further spring element 178 in particular moves from the compressed state into a relaxed state and a fluid-tight connection between the sealing device 112 and the base element 110 is released.
  • the pressure equalization device 100 reaches the open state in particular as a result of the release of the connection between the spring element 150 and the holding element 140 . As a result, fluid can flow out of the interior 106 into the surroundings 108 of the pressure compensation device 100 .
  • the opening of the pressure compensation device 100 is preferably irreversible.
  • the retaining elements 170 of the spring element 150 form stops for a movement of the sealing device 112 against the opening direction 144 of the pressure compensation device 100 when the pressure compensation device 100 is in the open state. The pressure compensation device 100 is thereby held in the open state.
  • the pressure compensation device 100 preferably comprises a monitoring device which monitors an opening process Pressure compensation device 100 is used.
  • the monitoring device in the present case includes a magnet and a sensor element designed as a Hall sensor.
  • the magnet is arranged in a recess between the support plate 138 and the membrane 142 that is configured coaxially to the central axis 118 of the pressure compensation device 100 .
  • the Hall sensor is preferably arranged on an outside of the protective cover 136 facing away from the interior 106 .
  • the Hall sensor can also be arranged outside of the pressure compensation device 100 if it is fixed relative to the sealing device 112 - regardless of whether the pressure compensation device 100 is in the open or in the closed state.
  • the Hall sensor preferably detects the change in the magnetic field of the magnet.
  • the pressure compensation device 100 includes a dehumidifying device for dehumidifying the air.
  • the dehumidifying device is formed, for example, entirely or in part by the membrane 142, into which hygroscopic material is introduced and/or on which hygroscopic material is applied.
  • the dehumidifying device can also be designed entirely or in part as an exchangeable element.
  • the change element is designed in particular as an exchangeable exchangeable cylinder, in which a hygroscopic material, for example silica gel, is filled.
  • one or more EMC protection elements can be provided.
  • the protective cover 136 comprises an electrically insulating material, for example in the form of a protective layer, or is formed from an electrically insulating material.
  • the protective cover 136 thus comprises a contact protection element or forms a contact protection element.
  • the critical pressure preferably corresponds to an opening pressure of the pressure compensation device 100. This can be set by the shape and material strength of the spring element 150.
  • a ratio of a length of the spring element 150 parallel to the opening direction 144 to an average material thickness of the spring element 150 is approximately 4: 1 or more, in particular approximately 10: 1 or more, for example approximately 20: 1 or is more.
  • the ratio of the length of the spring element 150 parallel to the opening direction 144 to the average material thickness of the spring element 150 is approximately 100:1 or less, in particular approximately 90:1 or less, for example approximately 80:1 or less.
  • the average material thickness of the spring element 150 is approximately 0.2 mm or more, in particular approximately 0.4 mm or more.
  • the average material thickness of the spring element 150 is preferably approximately 1 mm or less, in particular approximately 0.8 mm or less.
  • the length of the spring element 150 is preferably approximately 4 mm or more, in particular approximately 6 mm or more.
  • the length of the spring element 150 is approximately 20 mm or less, in particular approximately 18 mm or less.
  • a ratio of a minimum width of the spring element 150 perpendicular to the opening direction 144 to the average material thickness of the spring element 150 is preferably approximately 2:1 or more, in particular approximately 5:1 or more, for example approximately 10:1 or more.
  • the ratio of the minimum width of the spring element 150 perpendicular to the opening direction 144 to the average material thickness of the spring element 150 is preferably approximately 50:1 or less, in particular approximately 45:1 or less, for example approximately 40:1 or less.
  • the minimum width of the spring element 150 is approximately 2 mm or more, in particular approximately 4 mm or more.
  • the minimum width of the spring element 150 is approximately 10 mm or less, in particular approximately 8 mm or less.
  • the minimum width of the spring element 150 is preferably a distance between two retaining elements 170 in a direction perpendicular to the opening direction 144 .
  • the minimum width of the spring element 150 can be a minimum diameter of the spring element 150 .
  • the sealing device 112 has a sealing ring 180 which is ring-shaped and/or has an opening for accommodating the membrane 142.
  • the sealing ring 180 On a side of the sealing ring 180 facing the interior 106 of the pressure equalization device 100, the sealing ring 180 in the present case has two thickenings and/or projections which are arranged at least approximately concentrically to one another and are annular.
  • a ring-shaped groove is formed between the thickenings and/or projections, which forms a recess for receiving a fastening frame of the sealing element 152 of the sealing device 112 in a form-fitting and/or force-fitting and/or material-to-material manner.
  • the sealing element 152 serves in particular to seal a connection between the sealing device 112 and the base element 110 in the closed state of the pressure compensation device 100.
  • the sealing element 152 preferably protects the interior 106 from water and/or dust.
  • the sealing element 152 preferably has at least one sealing lip 182 which, in the closed state of the pressure compensation device 100 , rests on the end of the base element 110 facing away from the interior 106 and/or is pressed against it.
  • the at least one sealing lip 182 is preferably arranged on an underside of sealing element 152 facing interior space 106 and preferably extends away from a base body of sealing element 152 in a direction pointing towards interior space 106 .
  • the sealing element 152 can be embodied as a molded seal and/or can be cohesively fixed to the support plate 138 and/or the sealing ring 180, for example by injection molding and/or vulcanizing.
  • the sealing ring 180 and the sealing element 152 preferably engage in one another.
  • the membrane 142 is preferably air-permeable and/or water-impermeable.
  • the membrane 142 is open-pored and/or comprises a polytetrafluoroethylene (PTFE) material or is formed from it.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • the open-pored design of the membrane 142 is used in particular for a ventilation function of the pressure compensation device 100.
  • an element which has a breathing function is arranged in front of or behind in the opening direction 144 (not shown in the drawing).
  • the membrane 142 comprises in particular a graphene material, for example graphene, or is formed from a graphene material, for example graphene.
  • the membrane 142 comprises a fleece material or is formed from it.
  • an opening pressure in the range of 30 mbar to 500 mbar can be adjusted by the shape and average material thickness of the spring element 150 .
  • FIG. 9 shows a diagram of the opening pressure p 0 as a function of the spring force F in N.
  • the spring force F in N is plotted on the x-axis.
  • the opening pressure p is plotted on the y-axis in mbar.
  • An at least approximately linear dependency of the opening pressure on the spring force can be seen.
  • emergency degassing of the electrochemical system 104 can be carried out with the pressure compensation device 100 , with an opening pressure being able to be set by the design and spring force of the spring element 150 .
  • a fine adjustment of the opening pressure of up to ⁇ 60 mbar is preferably possible.
  • FIGS. 11 to 15 differs from the embodiment shown in FIGS. 1 to 9 essentially in that the sealing device 112 is produced in a multi-stage injection molding process, in particular a 2K injection molding process.
  • the support plate 138, the sealing element 152, in particular the sealing lip 182, and a sealing ring 180 for accommodating the membrane 142 are preferably produced from plastic by two-stage or more than two-stage injection molding.
  • the support plate 138 is produced by injection molding in a tool and that the sealing element 152, in particular the sealing lip 182, and the sealing ring 180 for receiving the membrane 142 are then injection molded onto the support plate 138.
  • the membrane 142 can be introduced later or inserted into the mold and overmoulded.
  • the sealing ring 180 is preferably produced by overmolding the membrane 142 .
  • the support plate 138 preferably comprises a plurality of receiving areas 184 which are designed as indentations on an upper side of the support plate 138 facing away from the holding element 140 and serve to receive web elements 186 .
  • the web elements 186 connect the sealing element 152 to the sealing ring 180 for receiving the membrane 142.
  • the sealing element 152, the sealing ring 180 and the web elements 186 are thus in particular formed in one piece as a coherent component, preferably molded onto the support plate 138 in one injection molding step.
  • the embodiment of the sealing device 112 shown in FIGS. 11 to 15 corresponds to the embodiment shown in FIGS. 1 to 9 in terms of structure and function, so that reference is made to the description above.
  • An embodiment of a sealing device 112 shown in Figs. 16 to 20 differs from the embodiment shown in Figs. 11 to 16 essentially in that only the sealing element 152, in particular the sealing lip 182, and a sealing ring 180 for fixing the sealing element 152 are molded onto the support plate 138.
  • Web elements or a sealing ring for accommodating the membrane are not provided. Rather, the membrane is fixed in some other way, for example by latching, clamping, gluing and/or welding, directly on the support plate 138 .
  • This sealing device 112 is also produced in a multi-stage injection molding process, in particular a 2K injection molding process.
  • the embodiment of the sealing device 112 shown in FIGS. 16 to 20 corresponds to the embodiment shown in FIGS. 11 to 16 in terms of structure and function, so that reference is made to the description above.

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Abstract

Um eine Druckausgleichsvorrichtung (10) bereitzustellen, mittels welcher bei einem Überdruck, insbesondere in einem elektrochemischen System, ein Druckausgleich herbeiführbar ist und welche möglichst einfach herstellbar ist, wird vorgeschlagen, dass die Druckausgleichsvorrichtung ein Grundelement (110), eine Dichtvorrichtung (112) und eine Verbindungsvorrichtung (114) zur Verbindung des Grundelements und der Dichtvorrichtung umfasst, wobei die Dichtvorrichtung im geschlossenen Zustand der Druckausgleichsvorrichtung abdichtend an dem Grundelement anliegt und mittels der Verbindungsvorrichtung relativ zu dem Grundelement fixiert ist und wobei eine hierdurch gebildete fixierende Verbindung zwischen dem Grundelement und der Dichtvorrichtung zum Freigeben einer Fluidverbindung zwischen dem Innenraum der Druckausgleichsvorrichtung und einer Umgebung der Druckausgleichsvorrichtung lösbar ist und wobei die Verbindungsvorrichtung ein Federelement (150) umfasst, dessen Federkraft insbesondere in einer quer zu einer Öffnungsrichtung der Druckausgleichsvorrichtung verlaufenden Richtung wirkt.

Description

Druckausgleichsvorrichtung und elektrochemisches System
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Druckausgleichsvorrichtung, insbesondere zum Ausgleich eines Überdrucks in einem elektrochemischen System.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein elektrochemisches System, umfassend eine oder mehrere erfindungsgemäße Druckausgleichsvorrichtungen.
Druckausgleichsvorrichtungen sind aus der DE 10 2019 100 094 Al bekannt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Druckausgleichsvorrichtung bereitzustellen, mittels welcher bei einem Überdruck, insbesondere in einem elektrochemischen System, ein Druckausgleich herbeiführbar ist und welche möglichst einfach herstellbar ist.
Die vorgenannte Aufgabe wird durch eine Druckausgleichsvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.
Die Druckausgleichsvorrichtung, insbesondere zum Ausgleich eines Überdrucks in einem elektrochemischen System, umfasst vorzugsweise ein Grundelement und/oder eine Dichtvorrichtung, welche in einem geschlossenen Zustand der Druckausgleichsvorrichtung einen Innenraum der Druckausgleichsvorrichtung verschließt.
Insbesondere umfasst die Druckausgleichsvorrichtung eine Verbindungsvorrichtung zur Verbindung des Grundelements und der Dichtvorrichtung.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die Dichtvorrichtung im geschlossenen Zustand der Druckausgleichsvorrichtung abdichtend an dem Grundelement anliegt und mittels der Verbindungsvorrichtung relativ zu dem Grundelement fixiert ist und wenn eine hierdurch gebildete fixierende Verbindung zwischen dem Grundelement und der Dichtvorrichtung zum Freigeben einer Fluidverbindung zwischen dem Innenraum der Druckausgleichsvorrichtung und einer Umgebung der Druckausgleichsvorrichtung lösbar ist.
Die Verbindungsvorrichtung umfasst vorzugsweise ein Federelement, dessen Federkraft insbesondere in einer quer zu einer Öffnungsrichtung der Druckausgleichsvorrichtung verlaufenden Richtung wirkt.
Insbesondere wirkt die Federkraft in einer zumindest näherungsweise senkrecht zur Öffnungsrichtung der Druckausgleichsvorrichtung verlaufenden Richtung.
Dadurch, dass die Federkraft des Federelements einer quer, insbesondere zumindest näherungsweise senkrecht, zur Öffnungsrichtung der Druckausgleichsvorrichtung verlaufenden Richtung wirkt, ist insbesondere ein Öffnungsdruck der Druckausgleichsvorrichtung einstellbar.
Unter dem Öffnungsdruck ist insbesondere ein kritischer Druck zu verstehen. Insbesondere gelangt die Druckausgleichsvorrichtung bei einem Übersteigen des Öffnungsdrucks und/oder des kritischen Drucks vom geschlossenen Zustand in den geöffneten Zustand.
Günstig kann es sein, wenn das Federelement eine Formfeder und/oder eine Blattfeder ist.
Unter einer "Formfeder" ist vorzugsweise eine gezielt hergestellte Feder zu verstehen, welche beispielsweise aus einem Federstahlblech und/oder einem Federstahlband hergestellt ist. Eine Formfeder ist insbesondere eine Flachfeder und/oder eine Blattfeder.
In elektrochemischen Systemen oder einzelnen elektrochemischen Zellen eines elektrochemischen Systems besteht die Gefahr eines sogenannten "thermal runaway", bei welchem es aufgrund von exothermen chemischen Reaktionen innerhalb elektrochemischer Zellen eines elektrochemischen Systems oder aufgrund eines Kurzschlusses zu einer sich selbst verstärkenden Wärmeentwicklung und zu einem Überhitzen von einer oder mehreren elektrochemischen Zellen eines elektrochemischen Systems kommt. Häufig kommt es bei einem "thermal runaway" zu einer dominoartigen Wärmepropagation von einer elektrochemischen Zelle auf eine andere elektrochemische Zelle innerhalb des elektrochemischen Systems.
Bei einem "thermal runaway" handelt es sich um ein sogenanntes "thermisches Event". Thermische Events gehen insbesondere mit einem starken Druckanstieg innerhalb der elektrochemischen Zelle und/oder mit hohen Temperaturen, beispielsweise mit Temperaturen von 1000°C oder mehr, einher.
Durch die Druckausgleichsvorrichtung ist nun ein Druckausgleich zwischen dem Innenraum der Druckausgleichsvorrichtung, vorzugsweise eines Behälters eines elektrochemischen Systems, und der Umgebung der Druckausgleichsvorrichtung herbeiführbar. Der Behälter des elektrochemischen Systems ist beispielsweise ein Gehäuse des elektrochemischen Systems. Durch den Druckausgleich können Schadgase, welche zu einem Überdruck des Behälters geführt haben, abgeführt werden.
Unter "Druckausgleich" ist vorzugsweise eine Anpassung des Innendrucks in dem Innenraum der Druckausgleichsvorrichtung an einen Außendruck in der Umgebung der Druckausgleichsvorrichtung zu verstehen, insbesondere bei Überschreiten eines Grenzwerts, beispielsweise des Öffn ungsd rucks.
Die Druckausgleichsvorrichtung eignet sich insbesondere zur Verwendung in Fahrzeugen, beispielsweise in elektrochemischen Systemen in Form von Batteriespeichern von Fahrzeugen. Durch die Druckausgleichsvorrichtung ist insbesondere die Sicherheit von Fahrzeuginsassen erhöht, da Gase im Falle eines Überdrucks in einem Batteriespeicher ausgeleitet werden können und so insbesondere eine Entzündung des Batteriespeichers verhindert werden kann.
Die Öffnungsrichtung der Druckausgleichsvorrichtung ist vorzugsweise eine Druckausgleichsrichtung, welche von einem Bereich höheren Drucks, beispielsweise dem Innenraum der Druckausgleichsvorrichtung, zu einem Bereich niedrigeren Drucks, beispielsweise der Umgebung der Druckausgleichsvorrichtung, verläuft.
Vorzugsweise ist die Druckausgleichsvorrichtung in einem senkrecht zur Öffnungsrichtung genommenen Querschnitt zumindest näherungsweise kreisförmig ausgebildet.
Alternativ ist die Druckausgleichsvorrichtung in einem senkrecht zur Öffnungsrichtung genommenen Querschnitt zumindest näherungsweise oval oder rechteckig ausgebildet.
Insbesondere ist eine Breite und/oder ein Durchmesser eines Öffnungskanals der Druckausgleichsvorrichtung in einer senkrecht zur Öffnungsrichtung angeordneten Ebene um einen Faktor drei oder mehr, insbesondere um einen Faktor fünf oder mehr, größer als eine Erstreckung der Druckausgleichsvorrichtung in einer parallel zur Öffnungsrichtung verlaufenden Richtung.
So weist die Druckausgleichsvorrichtung insbesondere einen ausreichend großen Querschnitt auf, um ein Bersten des elektrochemischen Systems zu verhindern.
Günstig kann es sein, wenn das Federelement ein oder mehrere Rückhalteelemente, beispielsweise einen oder mehrere nach innen ragende Rastvor- Sprünge, umfasst, welche im geschlossenen Zustand der Druckausgleichsvorrichtung einen Teil der Dichtvorrichtung in Öffnungsrichtung hintergreifen und/oder umgreifen.
Das eine oder die mehreren Rückhalteelemente sind vorzugsweise Rückhaltenasen, welche in komplementär dazu ausgebildete Haltevertiefungen der Dichtvorrichtung eingreifen und/oder einrasten.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die Dichtvorrichtung ein Halteelement umfasst, welches vorzugsweise eine oder mehrere Halteerhebungen aufweist, beispielsweise eine oder mehrere Haltenasen. Insbesondere sind die eine oder die mehreren Haltevertiefungen der Dichtvorrichtung benachbart zur einen oder den mehreren Halteerhebungen angeordnet und/oder dadurch gebildet.
Beispielsweise weist das Halteelement eine Haltevertiefung auf, welche als Einschnürung benachbart zu einer Halteerhebung gebildet ist.
In Ausführungsformen, in welchen das Halteelement genau eine Haltevertiefung und/oder genau eine Halteerhebung aufweist, sind diese vorzugsweise längs einer Umfangsrichtung des Halteelements umlaufend ausgebildet.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass mehrere Haltevertiefungen und/oder Halteerhebungen, insbesondere regelmäßig, längs der Umfangsrichtung des Halteelements vorgesehen sind.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das Federelement in einem parallel zur Öffnungsrichtung genommenen Querschnitt zumindest näherungsweise U-förmig ist. So kann das Federelement das Halteelement insbesondere dreiseitig umgreifen.
Vorzugsweise weist das Federelement zwei oder mehrere Schenkel auf, welche sich längs der Öffnungsrichtung von einem Verbindungsabschnitt des Federelements weg erstrecken. Günstig kann es sein, wenn das eine oder die mehreren Rückhalteelemente des Federelements an dem Innenraum abgewandten Enden der zwei oder der mehreren Schenkel angeordnet sind.
Vorzugsweise umfasst die Verbindungsvorrichtung ein Aufnahmeelement, welches das Federelement, insbesondere einen dem Innenraum zugewandten Verbindungsabschnitt des Federelements, aufnimmt und/oder hält.
Es kann vorgesehen sein, dass das Aufnahmeelement einen Dichtabschnitt aufweist, welcher im geschlossenen Zustand der Druckausgleichsvorrichtung dichtend an dem Grundelement anliegt, beispielsweise in und/oder von einem Zentralabschnitt des Grundelements aufgenommen ist.
Ergänzend oder alternativ weist das Aufnahmeelement einen Gegenhalteabschnitt auf, welcher an einer dem Innenraum abgewandten Seite des Dichtabschnitts des Aufnahmeelements und von diesem beabstandet angeordnet ist. Der Gegenhalteabschnitt hintergreift vorzugsweise das Federelement im geschlossenen Zustand der Druckausgleichsvorrichtung.
Beispielsweise ist der Verbindungsabschnitt des Federelements zwischen dem Dichtabschnitt und dem Gegenhalteabschnitt des Aufnahmeelements aufgenommen und/oder eingeklemmt.
Das Aufnahmeelement bildet beispielsweise einen Aufnahmeschuh für das Federelement.
Günstig kann es sein, wenn das Aufnahmeelement mehrere, insbesondere punktförmige oder linienförmige, Kontaktbereiche aufweist, welche in direktem Kontakt mit dem Federelement sind und das Federelement vorzugsweise beidseitig aufnehmen und/oder stützen.
Beispielsweise sind die mehreren Kontaktbereiche durch Wölbungen in dem Dichtabschnitt und/oder in dem Gegenhalteabschnitt gebildet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegt das Federelement an einem dem Innenraum der Druckausgleichsvorrichtung zugewandten Ende des Federelements an zwei Kontaktbereichen des Dichtabschnitts an und/oder auf. Ergänzend oder alternativ wird der Verbindungsabschnitt an einer dem Innenraum abgewandten Seite des Verbindungsabschnitts von einem Kontaktbereich gegen den Dichtabschnitt des Aufnahmeelements gepresst.
Vorzugsweise sind und/oder werden die Schenkel des Federelements von zwei weiteren Kontaktbereichen des Gegenhalteabschnitts des Aufnahmeelements beabstandet gehalten und/oder nach außen gedrückt.
Vorteilhaft kann es sein, wenn in einem parallel zur Öffnungsrichtung genommenen Querschnitt durch das Aufnahmeelement eine Dreipunktaufnahme des Federelements gebildet ist.
Vorzugsweise umfasst die Dichtvorrichtung einen Stützteller und ein sich daran anschließendes Halteelement, beispielsweise einen Zapfen, wobei das Halteelement sich vorzugsweise entgegen der Öffnungsrichtung von dem Stützteller weg erstreckt und/oder im geschlossenen Zustand der Druckausgleichsvorrichtung von dem Federelement gehalten und/oder umgeben ist, insbesondere derart, dass das Federelement das Halteelement, insbesondere zweiseitig, umgreift.
Das eine oder die mehreren Rückhalteelemente des Federelements greifen vorzugsweise in ein oder mehrere Haltevertiefungen des Halteelements ein und/oder sind mit diesen verrastet.
Vorteilhaft kann es sein, wenn sich die eine oder die mehreren Halteerhebungen des Halteelements bezüglich einer Mittelachse der Druckausgleichsvorrichtung radial nach außen von einem Grundkörper des Halteelements weg erstrecken. Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass sich das Federelement längs einer zum Innenraum hinweisenden Richtung öffnet und beispielsweise das Grundelement ein Halteelement aufweist, welches im geschlossenen Zustand der Druckausgleichsvorrichtung zwischen Schenkeln des Federelements fixiert ist. Gemäß der alternativen Ausführungsform ist der Verbindungsabschnitt des Federelements vorzugsweise an der Dichtvorrichtung festgelegt.
Günstig kann es sein, wenn ein oder mehrere Rückhalteelemente des Federelements in einem geöffneten Zustand der Druckausgleichsvorrichtung jeweils einen Anschlag bezüglich einer Bewegung der Dichtvorrichtung entgegengesetzt zur Öffnungsrichtung bilden.
Durch eine Einstellung einer Form des einen oder der mehreren Rückhalteelemente kann insbesondere ein Öffnungsdruck der Druckausgleichsvorrichtung eingestellt werden.
Beispielsweise wird der Öffnungsdruck durch Einstellung eines Winkels, welchen geneigte Abschnitte des einen oder der mehreren Rückhalteelemente mit der Öffnungsrichtung einschließen, eingestellt. Durch den Winkel ist insbesondere ein Anpressdruck des Federelements an die Dichtvorrichtung einstellbar. Dies kann eine Montage der Druckausgleichsvorrichtung erleichtern.
Je größer der Winkel, desto geringer ist vorzugsweise der Öffnungsdruck der Druckausgleichsvorrichtung.
Günstig kann es sein, wenn die Dichtvorrichtung bei einem Übersteigen des kritischen Drucks, beispielsweise des Öffn ungsd rucks, mit einer Kraft in Öffnungsrichtung gedrückt wird, welche eine Federkraft des Federelements übersteigt und wenn hierdurch der eine oder die mehreren Schenkel des Federelements derart in quer zur Öffnungsrichtung verlaufende Richtung(en) gedrückt werden, dass eine Bewegung der Dichtvorrichtung relativ zu dem Grundelement in Öffnungsrichtung freigegeben ist. Die Druckausgleichsvorrichtung gelangt so in einen geöffneten Zustand.
Es kann vorgesehen sein, dass die Verbindungsvorrichtung mindestens ein weiteres Federelement umfasst, welches im geschlossenen Zustand der Druckausgleichsvorrichtung in einer komprimierten Position zwischen dem Grundelement und der Dichtvorrichtung gehalten ist und/oder welches in einem geöffneten Zustand der Druckausgleichsvorrichtung in einer entspannten Position (Ruhelage) gehalten ist.
Das mindestens eine weitere Federelement ist vorzugsweise eine Druckfeder, beispielsweise eine Spiralfeder.
Das mindestens eine weitere Federelement dient vorzugsweise einer Feinjustage des Öffn ungsd rucks der Druckausgleichsvorrichtung, beispielsweise im Bereich von ± 100 mbar.
Vorzugsweise wirkt die Federkraft des mindestens einen weiteren Federelements in einer quer zur Richtung, in welcher die Federkraft des Federelements wirkt, angeordneten Richtung.
Günstig kann es sein, wenn ein Verhältnis einer Länge des Federelements parallel zur Öffnungsrichtung zu einer durchschnittlichen Mate rial stärke des Federelements ca. 4: 1 oder mehr, insbesondere ca. 10: 1 oder mehr, beispielsweise ca. 20: 1 oder mehr, beträgt.
Insbesondere beträgt das Verhältnis der Länge des Federelements parallel zur Öffnungsrichtung zur durchschnittlichen Materialstärke des Federelements ca. 100: 1 oder weniger, insbesondere ca. 90: 1 oder weniger, beispielsweise ca. 80: 1 oder weniger.
Vorzugsweise beträgt ein Verhältnis einer minimalen Breite des Federelements senkrecht zur Öffnungsrichtung zur durchschnittlichen Materialstärke des Federelements ca. 2: 1 oder mehr, insbesondere ca. 5: 1 oder mehr, beispielsweise ca. 10: 1 oder mehr.
Vorzugsweise beträgt das Verhältnis der minimalen Breite des Federelements senkrecht zur Öffnungsrichtung zur durchschnittlichen Materialstärke des Federelements ca. 50: 1 oder weniger, insbesondere ca. 45: 1 oder weniger, beispielsweise ca. 40: 1 oder weniger.
Die minimale Breite des Federelements ist vorzugsweise ein Abstand zweier Rückhalteelemente in einer senkrecht zur Öffnungsrichtung verlaufenden Richtung.
Beispielsweise kann die minimale Breite des Federelements ein minimaler Durchmesser des Federelements sein.
Durch Auswahl der durchschnittlichen Materialstärke und/oder der Länge und/oder der minimalen Breite des Federelements ist vorzugsweise der Öff- nungsdruck und/oder der kritische Druck einstellbar.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die Dichtvorrichtung eine, insbesondere porös ausgebildete, Membran, ein Dichtelement und/oder einen, insbesondere mit dem Dichtelement und/oder der Membran verbundenen, Dichtring umfasst.
Zur optimierten Abdichtung kann vorgesehen sein, dass das Dichtelement eine oder mehrere Dichtlippen aufweist, welche insbesondere an einem dem Innenraum abgewandten Ende des Grundelements an dem Grundelement anliegen und/oder auf dem Grundelement aufliegen.
Vorzugsweise ist das Dichtelement eine Formdichtung. Insbesondere ist das Dichtelement stoffschlüssig, beispielsweise durch Anspritzen und/oder Anvulkanisieren, an dem Stützteller und/oder dem Dichtring der Dichtvorrichtung festgelegt. So kann eine kostengünstige Herstellung der Druckausgleichsvorrichtung erfolgen. Vorzugsweise ist oder sind die eine oder die mehreren Dichtlippen bei einem Differenzdruck an dem Grundelement abgestützt und/oder bilden eine Abdichtung.
Die Membran ist beispielsweise durch Kleben und/oder Schweißen und/oder Umspritzen stoffschlüssig an dem Stützteller und/oder dem Dichtring festgelegt.
Ergänzend oder alternativ kann die Membran stoffschlüssig, kraftschlüssig und/oder formschlüssig, beispielsweise durch Schweißen, Kleben und/oder Klemmen, an dem Stützteller und/oder dem Dichtring festgelegt sein. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Membran durch Anspritzen und/oder Umspritzen in einem Spritzgießprozess an dem Stützteller und/oder an dem Dichtring angeordnet, insbesondere festgelegt, ist.
Die Dichtvorrichtung umfasst vorzugsweise einen Stützteller.
Die Membran und/oder ein Dichtelement, insbesondere eine Dichtlippe, und/oder ein Dichtring zur Festlegung der Membran und/oder des Dichtelements sind vorzugsweise an dem Stützteller angeordnet, insbesondere formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig festgelegt.
Günstig kann es sein, wenn der Stützteller ein Spritzgussbauteil ist.
Ein Dichtring zur Festlegung der Membran und/oder des Dichtelements ist vorzugsweise ein Spritzgussbauteil.
Ein Dichtelement, insbesondere eine Dichtlippe, ist vorzugsweise ein Spritzgussbauteil.
Es kann vorgesehen sein, dass der Stützteller zusammen mit dem Dichtring zur Festlegung der Membran und/oder des Dichtelements und/oder zusammen mit dem Dichtelement, insbesondere der Dichtlippe, in einem mehrstufigen Spritzgießprozess, insbesondere einem 2K-Spritzgießprozess, hergestellt oder herstellbar ist. Günstig kann es sein, wenn die Herstellung in einem einzigen Werkzeug erfolgt, wobei vorzugsweise nacheinander und/oder unter Verwendung unterschiedlicher Materialen, insbesondere unterschiedlicher Kunststoffmaterialien, zunächst der Stützteller und dann der Dichtring und/oder das Dichtelement, insbesondere die Dichtlippe, hergestellt werden.
Der Dichtring und das Dichtelement, insbesondere die Dichtlippe, sind vorzugsweise aus einem von dem Material des Stütztellers verschiedenen Material gebildet.
Günstig kann es sein, wenn der Dichtring und das Dichtelement, insbesondere die Dichtlippe, als ein gemeinsames Bauteil ausgebildet sind und/oder aus demselben Material, beispielsweise einem elastischen Dichtmaterial, gebildet sind.
Die Membran kann insbesondere als Einlegeelement in ein Werkzeug zur Herstellung der Dichtvorrichtung eingebracht und dann umspritzt werden. Hierdurch ist insbesondere eine formschlüssige Aufnahme der Membran in dem Dichtring erhältlich.
Ein Dichtring zur Aufnahme der Membran umgibt oder umgreift die Membran vorzugsweise radial umlaufend und/oder an beiden Hauptseiten der Membran. Insbesondere umgreift der Dichtring die Membran in einem Randbereich derselben vorzugsweise im Wesentlichen C-förmig.
Es kann vorgesehen sein, dass der Dichtring und das Dichtelement, insbesondere die Dichtlippe, mittels eines oder mehrerer Stegelemente, beispielsweise mittels mindestens drei, vorzugsweise mindestens fünf Stegelementen, miteinander verbunden sind. Die Stegelemente erstrecken sich insbesondere von dem Dichtring radial nach außen bis zum Dichtelement, insbesondere bis zur Dichtlippe. Vorteilhaft kann es sein, wenn der Stützteller einen oder mehrere Aufnahmebereiche zur Aufnahme des einen oder der mehreren Stegelemente umfasst.
Der eine oder die mehreren Aufnahmebereiche sind insbesondere Vertiefungen, welche mittels des einen oder der mehreren Stegelemente aufgefüllt oder ausgefüllt sind. Vorzugsweise ergibt sich so eine im Wesentlichen ebene Oberfläche der Dichtvorrichtung.
Der Dichtring und/oder das Dichtelement, insbesondere die Dichtlippe, und/oder ein oder mehrere Stegelemente, erstrecken sich vorzugsweise an einer Unterseite des Stütztellers, an welcher das Halteelement angeordnet ist.
Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, dass der Dichtring und/oder das Dichtelement, insbesondere die Dichtlippe, und/oder ein oder mehrere Stegelemente, sich an einer dem Halteelement abgewandten Oberseite des Stütztellers erstrecken.
Günstig kann es sein, wenn die Membran aus einem offenporösen Material gebildet ist. Die Membran ist insbesondere luftdurchlässig und/oder wasserundurchlässig.
Beispielsweise umfasst die Membran ein Polytetrafluorethylen (PTFE)-Material und/oder Graphen oder ist aus einem, insbesondere offenporösen, PTFE- Material und/oder einem Graphenmaterial gebildet.
Günstig kann es sein, wenn die Membran ein Vliesmaterial umfasst oder daraus gebildet ist.
Es kann vorgesehen sein, dass die Druckausgleichsvorrichtung einen Schutzdeckel umfasst, welcher die übrigen Bestandteile der Druckausgleichsvorrichtung abdeckt und welcher insbesondere lösbar mit dem Grundelement der Druckausgleichsvorrichtung verbunden ist. Vorteilhaft kann es sein, wenn der Schutzdeckel stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder formschlüssig mit dem Grundelement verbunden.
Beispielsweise sind ist der Schutzdeckel durch Clipsen, Verschrauben, Heißverstemmen und/oder Schweißen an dem Grundelement festgelegt.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die Druckausgleichsvorrichtung eine Über- wachungsvorrichtung umfasst, mittels welcher ein Öffnungsvorgang der Druckausgleichsvorrichtung detektierbar ist und/oder mittels welcher überwachbar ist, ob die Druckausgleichsvorrichtung sich im geöffneten oder im geschlossenen Zustand befindet.
Die Überwachungsvorrichtung umfasst vorzugsweise einen Magneten und einen Hallsensor, wobei der Hallsensor relativ zu einer Positionsänderung der Dichtvorrichtung fixiert ist.
Insbesondere ist bei einer Bewegung der Dichtvorrichtung von der geschlossenen Position, in welcher die Dichtvorrichtung an dem Grundelement anliegt, in eine geöffnete Position, in welcher die Dichtvorrichtung von dem Grundelement beabstandet ist, eine Veränderung eines Magnetfelds des Magneten detektierbar.
Beispielsweise ist der Magnet längs der Öffnungsrichtung zwischen der Membran der Dichtvorrichtung und dem Federelement der Verbindungsvorrichtung angeordnet.
Ergänzend oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die Druckausgleichsvorrichtung ein EMV (Elektromagnetische Verträglichkeit)-Schutzelement umfasst, welches einer Erhöhung der elektromagnetischen Verträglichkeit der Druckausgleichsvorrichtung dient. Vorzugsweise können Berührschutzelemente in der Druckausgleichsvorrichtung vorgesehen sein, beispielsweise in Form einer isolierenden Abdeckung oder Umhüllung.
Beispielsweise kann eine isolierende Beschichtung auf dem Schutzdeckel vorgesehen sein oder der Schutzdeckel aus einem isolierenden Material gefertigt sein, wodurch insbesondere - selbst bei Kurzschlüssen und/oder freigesetzten elektrischen Ladungen - eine gefahrfreie Berührung des Schutzdeckels möglich ist.
Günstig kann es sein, wenn das Grundelement einen ringförmig ausgebildeten Adapterabschnitt zur Festlegung der Druckausgleichsvorrichtung an und/oder in einer Wandung eines elektrochemischen Systems umfasst.
Der Adapterabschnitt umfasst vorzugsweise ein Festlegungselement, welches als Teil der folgenden Festlegungsmechanismen ausgebildet ist: Bajonettverschluss; und/oder Verschraubung; und/oder Clipverbindung.
Die Montage der Druckausgleichsvorrichtung kann, abhängig vom Festle- gungsmechnismus, von einer dem Innenraum abgewandten Außenseite der Wandung des elektrochemischen Systems oder von einer dem Innenraum zugewandten Innenseite der Wandung erfolgen.
In Ausführungsformen, in welchen die Druckausgleichsvorrichtung durch einen Bajonettverschluss an einer Wandung eines elektrochemischen Systems festgelegt ist, kann vorgesehen sein, dass der Bajonettverschluss derart ausgebildet ist, dass sich die Druckausgleichsvorrichtung ausschließlich von einer dem Innenraum zugewandten Seite lösen und/oder montieren lässt.
Bei einer Clipverbindung kann vorgesehen sein, dass die Clipverbindung aus einem Polymermaterial oder aus einem metallischen Material gebildet ist. Alternativ kann vorgesehen sein, dass ein Teil der Clipverbindung aus einem metallischen Material gebildet ist und ein Teil der Clipverbindung aus einem Polymermaterial.
Günstig kann es sein, wenn die Druckausgleichsvorrichtung durch eine Zwei- Komponenten-Verbindung an der Wandung des elektrochemischen Systems festgelegt ist. Beispielsweise ist die Druckausgleichsvorrichtung durch einen Bajonettring und ein Gegenelement, beispielsweise eine Kontermutter, an der Wandung des elektrochemischen Systems festgelegt.
Vorzugsweise ist das Grundelement einteilig ausgebildet.
Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, dass das Grundelement mehrteilig ist und die unterschiedlichen Elemente des Grundelements kraftschlüssig und/oder formschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
Es kann vorgesehen sein, dass das Grundelement einen Zentralabschnitt zur Aufnahme mindestens eines Bestandteils der Dichtvorrichtung umfasst und/oder dass das Grundelement einen den Zentralabschnitt umgebenden Außenring zur Abstützung des Grundelements an dem Adapterabschnitt des Grundelements und/oder zur Ablage der Dichtvorrichtung an dem Grundelement umfasst.
Vorzugsweise umfasst das Grundelement einen Zentralabschnitt und einen den Zentralabschnitt beabstandet umgebenden Außenring, wobei der Zentralabschnitt und der Außenring mittels einer oder mehrerer Rippen des Grundelements miteinander verbunden sind.
Die eine oder die mehreren Rippen bilden beispielsweise jeweils einen Berührschutz. Insbesondere zur Minimierung eines Feuchtigkeitseintrags in den Innenraum der Druckausgleichsvorrichtung kann vorgesehen sein, dass die Druckausgleichsvorrichtung eine Entfeuchtungseinrichtung umfasst, welche insbesondere im Innenraum der Druckausgleichsvorrichtung angeordnet ist und/oder ein hygroskopisches Material umfasst.
Vorzugsweise weist die Druckausgleichsvorrichtung ergänzend oder alternativ eines oder mehrere der folgenden Merkmale oder einen oder mehrere der folgenden Vorteile auf: eine Verbindung zwischen einer Wandung des elektrochemischen Systems und der Druckausgleichsvorrichtung weist eine Fluiddichtigkeit auf, welche über eine Lebensdauer des elektrochemischen Systems bis zu einer Öffnung der Druckausgleichsvorrichtung im Wesentlichen unverändert bleibt; und/oder die Druckausgleichsvorrichtung besteht aus einfach herstellbaren Elementen, so dass sie kostengünstig herstellbar ist und sich mehrere Druckausgleichsvorrichtungen in ein elektrochemisches System integrieren lassen ohne zu hohe Kosten zu verursachen; und/oder ein Fluidaustausch zwischen dem Innenraum der Druckausgleichsvorrichtung und der Umgebung der Druckausgleichsvorrichtung im geschlossenen Zustand der Druckausgleichsvorrichtung ist minimiert; und/oder die Druckausgleichsvorrichtung weist eine druckunabhängige Breite und/oder einen druckunabhängigen Querschnitt senkrecht zur Öff- nungsrichtung auf und/oder die Druckausgleichsvorrichtung kann zerstörungsfrei mehrfach geöffnet werden, wodurch insbesondere eine End-of-Line-Prüfung durchgeführt werden kann.
Die Erfindung betrifft ferner ein elektrochemisches System.
Der Erfindung liegt diesbezüglich die Aufgabe zugrunde, ein elektrochemisches System bereitzustellen, bei welchem bei einem Übersteigen eines kritischen Drucks in einem Innenraum des elektrochemischen Systems ein Druckausgleich mit einer Umgebung des elektrochemischen Systems herbeiführbar ist und welches möglichst einfach herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird durch ein elektrochemisches System gemäß dem unabhängigen auf ein elektrochemisches System gerichteten Anspruch gelöst.
Das elektrochemische System umfasst eine oder mehrere erfindungsgemäße Druckausgleichsvorrichtungen, wobei die eine oder die mehreren Druckausgleichsvorrichtungen vorzugsweise an und/oder in einer Wandung des elektrochemischen Systems, insbesondere formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig, festgelegt sind.
Das erfindungsgemäße elektrochemische System weist vorzugsweise eines oder mehrere der im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Druckausgleichsvorrichtung genannten Merkmale und/oder einen oder mehrere der im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Druckausgleichsvorrichtung genannten Vorteile auf.
Günstig kann es sein, wenn die eine oder die mehreren Druckausgleichsvorrichtungen wie folgt an und/oder in der Gehäusewandung des elektrochemischen Systems festgelegt sind: mittels eines Bajonettverschlusses; und/oder mittels einer Verschraubung; und/oder mittels einer Clipverbindung.
Weitere Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer Druckausgleichsvorrichtung in einer Wandung eines elektrochemischen Systems, wobei mittels der Druckausgleichsvorrichtung im Falle eines Überdrucks innerhalb eines Gehäuses des elektrochemischen Systems ein Druckausgleich zwischen einem Innenraum des elektrochemischen Systems und einer Umgebung durchführbar ist;
Fig. 2 eine schematische perspektivische Darstellung der Druckausgleichsvorrichtung aus Fig. 1 von unten, wobei eine dem Innenraum zugewandte Seite eines Grundelements zu sehen ist;
Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf die Druckausgleichsvorrichtung aus den Fig. 1 und 2;
Fig. 4 eine schematische Schnittdarstellung der Druckausgleichsvorrichtung aus den Fig. 1 bis 3 längs einer in Fig. 3 mit IV bezeichneten Ebene;
Fig. 5 eine schematische perspektivische Darstellung der Schnittdarstellung aus Fig. 4;
Fig. 6 ein vergrößerter Ausschnitt des in Fig. 5 mit VI bezeichneten
Bereichs, bei welchem eine Verbindung einer Dichtvorrichtung der Druckausgleichsvorrichtung und des Grundelements der Druckausgleichsvorrichtung zu sehen ist;
Fig. 7 eine schematische perspektivische Darstellung einer Verbindungsvorrichtung der Druckausgleichsvorrichtung aus den Fig. 1 bis 6, mittels welcher die Dichtvorrichtung und das Grundelement der Druckausgleichsvorrichtung in geschlossenem Zustand abdichtend miteinander verbunden sind;
Fig. 8 eine schematische Seitenansicht auf die Verbindungsvorrichtung aus Fig. 7, bei welcher eine Dreipunktaufnahme eines Aufnahmeelements zu sehen ist, in welcher ein Federelement der Verbindungsvorrichtung aufgenommen ist;
Fig. 9 ein Diagramm, bei welchem ein Öffnungsdruck der Druckausgleichsvorrichtung in Abhängigkeit einer Federkraft des Federelements der Verbindungsvorrichtung gezeigt ist;
Fig. 10 eine schematische Darstellung eines elektrochemischen Systems, welches mehrere Druckausgleichsvorrichtungen umfasst;
Fig. 11 eine schematische perspektivische Darstellung einer alternativen Ausführungsform einer Dichtvorrichtung, welche in einem mehrstufigen Spritzgießprozess hergestellt ist;
Fig. 12 eine schematische perspektivische Darstellung der Dichtvorrichtung aus Fig. 11, mit Blick auf eine Unterseite der Dichtvorrichtung;
Fig. 13 eine Draufsicht auf die Dichtvorrichtung aus Fig. 11;
Fig. 14 einen schematischen Schnitt durch die Dichtvorrichtung aus Fig. 11 längs der Linie XIV-XIV in Fig. 13;
Fig. 15 eine Explosionsdarstellung der Dichtvorrichtung aus Fig. 11; Fig. 16 eine schematische perspektivische Darstellung einer weiteren alternativen Ausführungsform einer Dichtvorrichtung, welche in einem mehrstufigen Spritzgießprozess hergestellt ist;
Fig. 17 eine schematische perspektivische Darstellung der Dichtvorrichtung aus Fig. 16, mit Blick auf eine Unterseite der Dichtvorrichtung;
Fig. 18 eine Draufsicht auf die Dichtvorrichtung aus Fig. 16;
Fig. 19 einen schematischen Schnitt durch die Dichtvorrichtung aus Fig. 16 längs der Linie XIX-XIX in Fig. 18; und
Fig. 20 eine Explosionsdarstellung der Dichtvorrichtung aus Fig. 16.
Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
In den Fig. 1 bis 9 ist eine Ausführungsform einer als Ganzes mit 100 bezeichneten Druckausgleichsvorrichtung dargestellt, welche an und/oder in einer Wandung 102 eines in den Fig. 1 bis 9 nicht als Ganzes zeichnerisch dargestellten elektrochemischen Systems 104 festgelegt ist.
Ein beispielhaftes elektrochemisches System 104 ist in Fig. 10 dargestellt. Das elektrochemische System 104 ist beispielsweise ein Batteriespeicher.
Das elektrochemische System 104 eignet sich insbesondere zur Verwendung in Fahrzeugen. Das elektrochemische System 104 umfasst vorzugsweise mehrere elektrochemische Zellen, welche insbesondere Batterien, beispielsweise Lithium-Ionen- Batterien, umfassen.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das elektrochemische System 104 ein oder mehrere Druckausgleichsvorrichtungen 100 umfasst. Die Druckausgleichsvorrichtung 100 ist in sämtlichen Figuren in einem geschlossenen Zustand dargestellt.
Die Druckausgleichsvorrichtung 100 dient vorzugsweise einem Druckausgleich zwischen einem Innenraum 106 der Druckausgleichsvorrichtung 100 und/oder des elektrochemischen Systems 104 und einer Umgebung 108 der Druckausgleichsvorrichtung 100.
Die Druckausgleichsvorrichtung 100 umfasst vorliegend ein Grundelement 110, eine Dichtvorrichtung 112 und eine Verbindungsvorrichtung 114.
Das Grundelement 110 dient vorzugsweise einer Stabilisierung und/oder Festlegung der Druckausgleichsvorrichtung 100. Insbesondere umfasst das Grundelement 110 einen zumindest näherungsweise hohlzylinderförmig ausgebildeten Außenring 116, welcher in einem montierten Zustand der Druckausgleichsvorrichtung 100 an einer dem Innenraum 106 abgewandten Seite der Wandung 102 aufliegt und/oder eine Führung für in geöffnetem Zustand der Druckausgleichsvorrichtung 100 aus dem Innenraum 106 ausströmendes Fluid bildet.
In einem senkrecht zu einer Öffnungsrichtung 144 der Druckausgleichsvorrichtung 100 genommenen Querschnitt ist die Druckausgleichsvorrichtung 100 vorliegend zumindest näherungsweise kreisförmig ausgebildet.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Druckausgleichsvorrichtung 100 in einem senkrecht zur Öffnungsrichtung 144 genommenen Querschnitt zumindest näherungsweise oval oder rechteckig ausgebildet ist.
Insbesondere ist eine Breite und/oder ein Durchmesser eines vom Grundelement 110 umgebenen Öffnungskanals der Druckausgleichsvorrichtung 100 in einer senkrecht zur Öffnungsrichtung angeordneten Ebene um einen Faktor drei oder mehr, insbesondere um einen Faktor fünf oder mehr, größer als eine Erstreckung der Druckausgleichsvorrichtung 100 in einer parallel zur Öffnungsrichtung 144 verlaufenden Richtung.
Bezüglich einer Mittelachse 118 der Druckausgleichsvorrichtung 100 relativ zu dem Außenring 116 radial innenliegend umfasst das Grundelement 110 vorzugsweise einen Zentralabschnitt 120, welcher insbesondere einer Aufnahme und/oder Stabilisierung der Dichtvorrichtung 112 und/oder Verbindungsvorrichtung 114 dient.
Vorteilhaft kann es sein, wenn der Außenring 116 durch sich bezüglich der Mittelachse 118 längs radialer Richtungen erstreckender Rippen 124 mit dem Zentralabschnitt 120 verbunden ist.
Beispielsweise bilden die Rippen 124 jeweils einen Berührschutz.
Die Mittelachse 118 und die Öffnungsrichtung 144 der Druckausgleichsvorrichtung 100 sind vorzugsweise zumindest näherungsweise parallel zueinander angeordnet.
Der Außenring 116 weist vorzugsweise einen Außenabschnitt 126 auf, welcher an einer dem Innenraum 106 abgewandten Außenseite der Wandung 102 an dieser anliegt und/oder einen Stützabschnitt 128 welcher insbesondere eine Durchführung durch eine Druckausgleichsöffnung 130 in der Wandung 102 des elektrochemischen Systems 104 bildet.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die Rippen 124 sich von dem Stützabschnitt 128 radial nach innen erstrecken.
Vorzugsweise weist das Grundelement 110 einen Adapterabschnitt 132 auf, welcher relativ zu dem Außenring 116 bezüglich der Mittelachse 118 der Druckausgleichsvorrichtung 100 radial außenliegend angeordnet ist. Der Adapterabschnitt 132 dient insbesondere einer Verbindung des Grundelements 110 mit der Wandung 102 und/oder einer fluiddichten Abdichtung der Verbindung.
Beispielsweise weist das Grundelement 110 einen Dichtring 134 auf, welcher in einer dafür vorgesehenen Aufnahmenut zwischen dem Adapterabschnitt 132 und dem Außenring 116 angeordnet ist und insbesondere eine fluiddichte Abdichtung zwischen Wandung 102 und Grundelement 110 bildet. Der Dichtring 134 ist vorzugsweise eine Formdichtung, beispielsweise ein 0-R.ing.
Vorteilhaft kann es sein, wenn der Adapterabschnitt 132 ein Festlegungselement zur Herstellung eines Bajonettverschlusses aufweist, welches mit einem komplementär dazu ausgebildeten Festlegungselement in der Wandung 102 des elektrochemischen Systems 104 zu einem Bajonettverschluss verbunden ist (nicht im Einzelnen gezeigt).
Ergänzend oder alternativ kann vorgesehen sein, dass der Adapterabschnitt 132 mit der Wandung 102 des elektrochemischen Systems 104 verschraubt ist.
Es sind auch Kombinationen der Festlegungsvarianten denkbar. Beispielsweise kann ein Bajonettring mit einem Gegenelement, beispielsweise einer Kontermutter, verbunden sein.
Die Verbindung der Druckausgleichsvorrichtung 100 und der Wandung 102 ist vorzugsweise vollständig aus einem Polymermaterial oder vollständig aus einem metallischen Material gebildet.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass ein Teil der Verbindung der Druckausgleichsvorrichtung 100 und der Wandung 102 aus einem Polymermaterial und ein weiterer Teil aus einem metallischen Material gebildet ist. Alternativ zu dem Bajonettverschluss und/oder der Verschraubung kann vorgesehen sein, dass die Druckausgleichsvorrichtung 100 mittels einer Clipverbindung mit der Wandung 102 des elektrochemischen Systems 104 verbunden ist.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die Druckausgleichsvorrichtung 100 einen Schutzdeckel 136 aufweist, welcher formschlüssig und/oder kraftschlüssig, beispielsweise durch eine Rastverbindung und/oder Clipverbindung, mit dem Adapterabschnitt 132 des Grundelements 110 verbunden ist.
Ergänzend oder alternativ zu einer Clipverbindung kann der Schutzdeckel 136 beispielsweise durch eine Schraubverbindung und/oder durch Heißverstemmen und/oder durch eine Schweißverbindung an dem Adapterabschnitt 132 des Grundelements 110 festgelegt sein.
Der Schutzdeckel 136 dient insbesondere einem Schutz und/oder einer Abdeckung der Druckausgleichsvorrichtung 100 an einer dem Innenraum 106 abgewandten Seite.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die Dichtvorrichtung 112 einen Stützteller 138 und ein Halteelement 140 umfasst. Der Stützteller 138 dient beispielsweise als Auflage für eine Membran 142 und/oder als Fluidwiderstand.
Vorliegend ist die Membran 142 durch Kleben und/oder Schweißen und/oder Umspritzen stoffschlüssig an dem Stützteller 138 und/oder einem Dichtring 180 der Dichtvorrichtung 112 festgelegt.
Ergänzend oder alternativ kann die Membran 142 kraftschlüssig und/oder formschlüssig, beispielsweise durch Klemmen, an dem Stützteller 138 und/oder dem Dichtring 180 festgelegt sein. Das Halteelement 140 erstreckt sich vorzugsweise entgegen einer Öffnungsrichtung 144 der Druckausgleichsvorrichtung 100 von dem Stützteller 138 weg. Beispielsweise ist das Halteelement 140 ein Zapfen 146.
Das Grundelement 110 und die Dichtvorrichtung 112 sind in einem geschlossenen Zustand der Druckausgleichsvorrichtung 100 mittels der Verbindungsvorrichtung 114 fluiddicht miteinander verbunden.
Hierzu weist die Verbindungsvorrichtung 114 vorliegend ein Federelement 150 auf, dessen Federkraft insbesondere in einer quer zur Öffnungsrichtung 144 und/oder zur Mittelachse 118 der Druckausgleichsvorrichtung 100 wirkt.
Insbesondere wirkt die Federkraft des Federelements 150 in einer zumindest näherungsweise senkrecht zur Öffnungsrichtung 144 und/oder zur Mittelachse 118 der Druckausgleichsvorrichtung 100 verlaufenden Richtung.
Beispielsweise ist das Halteelement 140 der Dichtvorrichtung 112 derart durch das Federelement 150 fixiert, dass die Dichtvorrichtung 112, beispielsweise ein Dichtelement 152 der Dichtvorrichtung 112, an einem dem Innenraum 106 abgewandten Ende des Grundelements 110 an dem Grundelement 110 anliegt und/oder an das Grundelement 110 angepresst wird.
Wie insbesondere in den Fig. 7 und 8 zu sehen ist, ist das Federelement 150 vorzugsweise eine Blattfeder 154 und/oder eine Formfeder 156.
Vorliegend ist das Federelement 150 in einem parallel zur Öffnungsrichtung 144 der Druckausgleichsvorrichtung 100 genommenen Querschnitt zumindest näherungsweise U-förmig ausgebildet.
Insbesondere weist das Federelement 150 zwei Schenkel 158 auf, welche sich in vom Innenraum 106 wegweisenden Richtungen von einem Verbindungsabschnitt 160 des Federelements 150 weg erstrecken. Eine Haupterstreckungs- ebene des Verbindungsabschnitts 160 ist vorzugsweise zumindest näherungsweise senkrecht zur Öffnungsrichtung 144 der Druckausgleichsvorrichtung 100 angeordnet.
Gemäß einer zeichnerisch nicht dargestellten alternativen Ausführungsform ist das Federelement 150 im Vergleich zu der in den Fig. 1 bis 9 dargestellten Ausführungsform um 180° gedreht angeordnet. Insbesondere ist ein Halteelement des Grundelements 110 im geschlossenen Zustand der Druckausgleichsvorrichtung 100 zwischen Schenkeln des Federelements 150 fixiert (nicht zeichnerisch dargestellt).
Insbesondere für eine Stabilisierung und/oder Fixierung des Federelements 150 ist das Federelement 150 vorliegend in und/oder von einem Aufnahmeelement 162 der Verbindungsvorrichtung 114 aufgenommen. Das Aufnahmeelement 162 ist beispielsweise ein Aufnahmeschuh.
Vorliegend weist das Aufnahmeelement 162 einen zumindest näherungsweise wannenförmigen Dichtabschnitt 164 und/oder einen Gegenhalteabschnitt 166 auf.
Günstig kann es sein, wenn der Gegenhalteabschnitt 166 in einem von dem Dichtabschnitt 164 umgebenen Bereich angeordnet ist.
Der Dichtabschnitt 164 des Aufnahmeelements 162 ist vorzugsweise im geschlossenen Zustand der Druckausgleichsvorrichtung 100 vom Zentralabschnitt 120 abdichtend aufgenommen.
Vorliegend weist das Aufnahmeelement 162 in einem senkrecht zur Mittelachse 118 der Druckausgleichsvorrichtung 100 genommenen Querschnitt zumindest näherungsweise eine Rechteckform auf. Vorzugsweise ist das Aufnahmeelement 162 formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig mit dem Zentralabschnitt 120 des Grundelements 110 verbunden. Beispielsweise ist das Aufnahmeelement 162 in eine vom Zentralabschnitt 120 gebildete Öffnung eingeclipst.
Günstig kann es sein, wenn der Verbindungsabschnitt 160 des Federelements 150 zwischen dem Dichtabschnitt 164 und dem Gegenhalteabschnitt 166 des Aufnahmeelements 162 aufgenommen, beispielsweise eingeklemmt, ist.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das Aufnahmeelement 162 einen oder mehrere, vorliegend mehrere, punktförmige oder linienförmige Kontaktbereiche 168 aufweist, welche in direktem Kontakt mit dem Federelement 150 sind und/oder an welchen das Federelement 150 unmittelbar anliegt.
Insbesondere sind benachbart zu den Kontaktbereichen 168 angeordnete Bereiche des Aufnahmeelements 162 von dem Federelement 150 beabstandet angeordnet.
Günstig kann es sein, wenn der Gegenhalteabschnitt 166 drei Kontaktbereiche 168 aufweist, wobei einer der Kontaktbereiche 168 sich an einer dem Innenraum 106 zugewandten Seite des Gegenhalteabschnitts 166 von einem Grundkörper des Gegenhalteabschnitts 166 in Richtung des Innenraums 106 erstreckt.
Die beiden weiteren Kontaktbereiche 168 erstrecken sich insbesondere seitlich von dem Grundkörper des Gegenhalteabschnitts 166 weg und/oder längs radialer Richtungen bezüglich der Mittelachse 118 der Druckausgleichsvorrichtung 100.
Die Kontaktbereiche 168 sind beispielsweise durch Wölbungen und/oder Vorsprünge im Aufnahmeelement 162 gebildet. Vorteilhaft kann es sein, wenn der Dichtabschnitt 164 mehrere, vorliegend zwei, Kontaktbereiche 168 aufweist, welche sich an einer dem Innenraum 106 abgewandten Seite des Dichtabschnitts 164 von einem Grundkörper des Dichtabschnitts 164 in Richtung des Gegenhalteabschnitts 166 weg erstrecken.
Vorzugsweise ist der Verbindungsabschnitt 160 des Federelements 150 zwischen Kontaktbereichen 168 des Gegenhalteabschnitts 166 und Kontaktbereichen 168 des Dichtabschnitts 164 des Aufnahmeelements 162 aufgenommen und/oder fixiert.
Günstig kann es sein, wenn die Schenkel 158 des Federelements 150 durch Kontaktbereiche 168 des Gegenhalteabschnitts 166 beabstandet gehalten und/oder nach außen gedrückt sind und/oder werden.
Vorliegend weist das Federelement 150 an dem Innenraum 106 abgewandten Enden an jedem Schenkel 158 ein Rückhalteelemente 170 auf.
Im Bereich der Rückhalteelemente 170 weist das Federelement 150 insbesondere nach innen ragende Vorsprünge auf, durch welche das Halteelement 140 der Dichtvorrichtung 112 fixiert ist. Beispielsweise sind die Rückhalteelemente 170 Rastvorsprünge 172.
Wie insbesondere in den Fig. 4 und 5 zu sehen ist, greifen die Rückhalteelemente 170 im geschlossenen Zustand der Druckausgleichsvorrichtung 100 in eine oder mehrere Haltevertiefungen 174 des Halteelements 140 ein. Die eine oder mehrere Haltevertiefungen 174 schließen sich insbesondere an einer dem Innenraum 106 abgewandten Seite des Halteelements 140 an einen oder mehrere Halteerhebungen 176 an.
Der eine oder die mehreren Halteerhebungen 176 sind beispielsweise Haltenasen und/oder Nocken. Es kann vorgesehen sein, dass exakt eine Haltevertiefungen 174 um das Halteelement 140 der Dichtvorrichtung 112 längs einer Umfangsrichtung umlaufend ausgebildet ist.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Halteelement 140 mehrere Haltevertiefungen 174 aufweist.
Insbesondere weist das Halteelement 140 der Dichtvorrichtung 112 exakt eine längs der Umfangsrichtung umlaufenden Halteerhebungen 176 auf.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Halteelement 140 mehrere Halteerhebungen 176 aufweist.
Im geschlossenen Zustand umgreifen die Schenkel 158 des Federelements 150 vorliegend das Halteelement 140.
Zusätzlich zu dem bereits beschriebenen Federelement 150 weist die Verbindungsvorrichtung 114 vorliegend ein weiteres Federelement 178 auf, welches vorliegend eine Druckfeder in Form einer Spiralfeder ist.
Die Federkraft des weiteren Federelements 178 wirkt vorzugsweise quer, vorliegend zumindest näherungsweise senkrecht, zur Federkraft des Federelements 150.
Das weitere Federelement 178 dient vorzugsweise einer Beschleunigung einer Öffnung der Druckausgleichsvorrichtung 100, sobald ein Übergang vom geschlossenen Zustand in den geöffneten Zustand begonnen hat.
Insbesondere kann durch das weitere Federelement 178 eine vollständige und/oder sofortige Öffnung der Druckausgleichsvorrichtung 100 über deren gesamte Breite und/oder deren gesamten Querschnitt ausgebildet werden. Vorteilhaft kann es sein, wenn das weitere Federelement 178 das Halteelement 140, insbesondere koaxial, umgibt.
Im geschlossenen Zustand der Druckausgleichsvorrichtung 100 ist das weitere Federelement 178 vorzugsweise in einem komprimierten Zustand.
Bei einem Übersteigen eines kritischen Drucks im Innenraum 106 der Druckausgleichsvorrichtung 100 wird die Dichtvorrichtung 112 insbesondere derart in Öffnungsrichtung 114 gedrückt, dass die Schenkel 158 des Federelements 150 radial nach außen gedrückt werden und eine Verrastung zwischen dem Halteelement 140 der Dichtvorrichtung 112 und dem Federelement 150 der Verbindungsvorrichtung 114 gelöst wird.
Das weitere Federelement 178 gelangt insbesondere vom komprimierten Zustand in einen entspannten Zustand und eine fluiddichte Verbindung zwischen der Dichtvorrichtung 112 und dem Grundelement 110 wird gelöst.
Die Druckausgleichsvorrichtung 100 gelangt insbesondere durch das Lösen der Verbindung zwischen dem Federelement 150 und dem Halteelement 140 in den geöffneten Zustand. Hierdurch kann Fluid aus dem Innenraum 106 in die Umgebung 108 der Druckausgleichsvorrichtung 100 ausströmen.
Das Öffnen der Druckausgleichsvorrichtung 100 ist vorzugsweise irreversibel.
Insbesondere bilden die Rückhalteelemente 170 des Federelements 150 im geöffneten Zustand der Druckausgleichsvorrichtung 100 Anschläge für eine Bewegung der Dichtvorrichtung 112 entgegen der Öffnungsrichtung 144 der Druckausgleichsvorrichtung 100. Die Druckausgleichsvorrichtung 100 wird hierdurch im geöffneten Zustand gehalten.
Die Druckausgleichsvorrichtung 100 umfasst vorzugsweise eine Über- wachungsvorrichtung, welche einer Überwachung eines Öffnungsvorgangs der Druckausgleichsvorrichtung 100 dient. Hierzu umfasst die Überwachungsvorrichtung vorliegend einen Magneten und ein als Hall-Sensor ausgebildetes Sensorelement.
Günstig kann es sein, wenn der Magnet in einer koaxial zur Mittelachse 118 der Druckausgleichsvorrichtung 100 ausgebildeten Ausnehmung zwischen dem Stützteller 138 und der Membran 142 angeordnet ist.
Der Hall-Sensor ist vorzugsweise an einer dem Innenraum 106 abgewandten Außenseite des Schutzdeckels 136 angeordnet.
Alternativ kann der Hall-Sensor auch außerhalb der Druckausgleichsvorrichtung 100 angeordnet sein, sofern er relativ zur Dichtvorrichtung 112 unbewegt fixiert ist - unabhängig davon, ob sich die Druckausgleichsvorrichtung 100 im geöffneten oder im geschlossenen Zustand befindet.
Bei einem Öffnungsvorgang der Druckausgleichsvorrichtung 100 und einer währenddessen stattfindenden Bewegung der Dichtvorrichtung 112 detektiert der Hall-Sensor vorzugsweise die Änderung des Magnetfelds des Magneten.
Insbesondere ist aufgrund eines veränderten Magnetfelds des Magneten vor und nach dem Öffnungsvorgang überwachbar, ob sich die Druckausgleichsvorrichtung 100 im geöffneten oder im geschlossenen Zustand befindet.
Es kann vorgesehen sein, dass die Druckausgleichsvorrichtung 100 eine Entfeuchtungseinrichtung zur Entfeuchtung der Luft umfasst. Die Entfeuchtungseinrichtung ist beispielsweise vollständig oder zu einem Teil von der Membran 142 gebildet, in welche hygroskopisches Material eingebracht und/oder auf welche hygroskopisches Material aufgebracht ist.
Ergänzend oder alternativ kann die Entfeuchtungseinrichtung auch vollständig oder zu einem Teil als Wechselelement ausgebildet sein. Das Wechselelement ist insbesondere als austauschbarer Wechselzylinder ausgebildet, in welchem ein hygroskopisches Material, beispielsweise Silicagel, eingefüllt enthalten ist.
Ergänzend oder alternativ zu einer Entfeuchtungseinrichtung können ein oder mehrere EMV-Schutzelemente vorgesehen sein.
Für eine gefahrlose Handhabung der Druckausgleichsvorrichtung 100 kann es vorteilhaft sein, wenn der Schutzdeckel 136 ein elektrisch isolierendes Material umfasst, beispielsweise in Form einer Schutzschicht, oder aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet ist. So umfasst der Schutzdeckel 136 ein Berührschutzelement oder bildet ein Berührschutzelement.
Der kritische Druck entspricht vorzugsweise einem Öffnungsdruck der Druckausgleichsvorrichtung 100. Dieser kann durch Form und Mate rial stärke des Federelements 150 eingestellt werden.
Günstig kann es sein, wenn ein Verhältnis einer Länge des Federelements 150 parallel zur Öffnungsrichtung 144 zu einer durchschnittlichen Mate rial stärke des Federelements 150 ca. 4: 1 oder mehr, insbesondere ca. 10: 1 oder mehr, beispielsweise ca. 20: 1 oder mehr beträgt.
Insbesondere beträgt das Verhältnis der Länge des Federelements 150 parallel zur Öffnungsrichtung 144 zur durchschnittlichen Materialstärke des Federelements 150 ca. 100: 1 oder weniger, insbesondere ca. 90: 1 oder weniger, beispielsweise ca. 80: 1 oder weniger.
Beispielsweise beträgt die durchschnittliche Materialstärke des Federelements 150 ca. 0,2 mm oder mehr, insbesondere ca. 0,4 mm oder mehr.
Vorzugsweise beträgt die durchschnittliche Mate rial stärke des Federelements 150 ca. 1 mm oder weniger, insbesondere ca. 0,8 mm oder weniger. Die Länge des Federelements 150 beträgt vorzugsweise ca. 4 mm oder mehr, insbesondere ca. 6 mm oder mehr.
Insbesondere beträgt die Länge des Federelements 150 ca. 20 mm oder weniger, insbesondere ca. 18 mm oder weniger.
Vorzugsweise beträgt ein Verhältnis einer minimalen Breite des Federelements 150 senkrecht zur Öffnungsrichtung 144 zur durchschnittlichen Materialstärke des Federelements 150 ca. 2: 1 oder mehr, insbesondere ca. 5: 1 oder mehr, beispielsweise ca. 10: 1 oder mehr.
Vorzugsweise beträgt das Verhältnis der minimalen Breite des Federelements 150 senkrecht zur Öffnungsrichtung 144 zur durchschnittlichen Materialstärke des Federelements 150 ca. 50: 1 oder weniger, insbesondere ca. 45: 1 oder weniger, beispielsweise ca. 40: 1 oder weniger.
Beispielsweise beträgt die minimale Breite des Federelements 150 ca. 2 mm oder mehr, insbesondere ca. 4 mm oder mehr.
Beispielsweise beträgt die minimale Breite des Federelements 150 ca. 10 mm oder weniger, insbesondere ca. 8 mm oder weniger.
Die minimale Breite des Federelements 150 ist vorzugsweise ein Abstand zweier Rückhalteelemente 170 in einer senkrecht zur Öffnungsrichtung 144 verlaufenden Richtung.
Beispielsweise kann die minimale Breite des Federelements 150 ein minimaler Durchmesser des Federelements 150 sein.
Zur Aufnahme der Membran 142 kann es vorteilhaft sein, wenn die Dichtvorrichtung 112 einen Dichtring 180 aufweist, welcher ringförmig ist und/oder eine Öffnung zur Aufnahme der Membran 142 aufweist. Auf einer dem Innenraum 106 der Druckausgleichsvorrichtung 100 zugewandten Seite des Dichtrings 180 weist der Dichtring 180 vorliegend zwei zumindest näherungsweise konzentrisch zueinander angeordnete Verdickungen und/oder Vorsprünge auf, welche ringförmig ausgebildet sind.
Zwischen den Verdickungen und/oder Vorsprüngen ist vorliegend eine ringförmig verlaufende Rille ausgebildet, welche ein Rücksprung zur formschlüssigen und/oder kraftschlüssigen und/oder stoffschlüssigen Aufnahme eines Befestigungsrahmens des Dichtelements 152 der Dichtvorrichtung 112 bildet.
Das Dichtelement 152 dient insbesondere einer Abdichtung einer Verbindung zwischen der Dichtvorrichtung 112 und dem Grundelement 110 im geschlossenen Zustand der Druckausgleichsvorrichtung 100. Vorzugsweise schützt das Dichtelement 152 den Innenraum 106 vor Wasser und/oder Staub.
Wie insbesondere in Fig. 6 zu sehen ist, weist das Dichtelement 152 vorzugsweise mindestens eine Dichtlippe 182 auf, welche im geschlossenen Zustand der Druckausgleichsvorrichtung 100 an dem dem Innenraum 106 abgewandten Ende des Grundelements 110 aufliegt und/oder gegen dieses gedrückt wird.
Die mindestens eine Dichtlippe 182 ist vorzugsweise an einer dem Innenraum 106 zugewandten Unterseite des Dichtelements 152 angeordnet und erstreckt sich vorzugsweise in einer zum Innenraum 106 hinweisenden Richtung von einem Grundkörper des Dichtelements 152 weg.
Beispielsweise kann das Dichtelement 152 als Formdichtung ausgestaltet sein und/oder stoffschlüssig an dem Stützteller 138 und/oder dem Dichtring 180 festgelegt sein, beispielsweise durch Anspritzen und/oder Anvulkanisieren.
Vorzugsweise greifen der Dichtring 180 und das Dichtelement 152 ineinander. Die Membran 142 ist vorzugsweise luftdurchlässig und/oder wasserundurchlässig.
Vorliegend ist die Membran 142 offenporös ausgebildet und/oder umfasst ein Polytetrafluorethylen (PTFE)-Material oder ist daraus gebildet. Die offenporöse Ausbildung der Membran 142 dient insbesondere einer Beatmungsfunktion der Druckausgleichsvorrichtung 100.
Ergänzend oder alternativ kann vorgesehen sein, dass ein Element, welches eine Atmungsfunktion aufweist in Öffnungsrichtung 144 davor oder danach angeordnet sein (nicht zeichnerisch dargestellt).
Ergänzend oder alternativ zum PTFE-Material umfasst die Membran 142 insbesondere ein Graphenmaterial, beispielsweise Graphen, oder ist aus einem Graphenmaterial, beispielsweise Graphen, gebildet.
Es kann vorgesehen sein, dass die Membran 142 ein Vliesmaterial umfasst oder daraus gebildet ist.
Insbesondere lässt sich durch Form und durchschnittliche Materialstärke des Federelements 150 ein Öffnungsdruck im Bereich von 30 mbar bis 500 mbar einstellen.
In Fig. 9 ein Diagramm des Öffnungsdrucks p0 in Abhängigkeit der Federkraft F in N gezeigt. Auf der x-Achse ist die Federkraft F in N aufgetragen. Auf der y- Achse ist der Öffnungsdruck p in mbar aufgetragen.
Es ist eine zumindest näherungsweise lineare Abhängigkeit des Öffnungsdrucks von der Federkraft erkennbar. Mit der Druckausgleichsvorrichtung 100 kann insbesondere eine Notentgasung des elektrochemischen Systems 104 durchgeführt werden, wobei ein Öff- nungsdruck durch Design und Federkraft des Federelements 150 einstellbar ist.
Vorzugsweise ist eine Feinjustage des Öffnungsdrucks bis zu ± 60 mbar möglich.
Eine in den Fig. 11 bis 15 dargestellte Ausführungsform einer Dichtvorrichtung 112 unterscheidet sich von der in den Fig. 1 bis 9 dargestellten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass die Dichtvorrichtung 112 in einem mehrstufigen Spritzgießprozess, insbesondere einem 2K-Spritzgießprozess, hergestellt ist.
Der Stützteller 138, das Dichtelement 152, insbesondere die Dichtlippe 182, und ein Dichtring 180 zur Aufnahme der Membran 142 sind dabei vorzugsweise durch zweistufiges oder mehr als zweistufiges Spritzgießen aus Kunststoff hergestellt.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Stützteller 138 durch Spritzgießen in einem Werkzeug hergestellt wird und dass dann das Dichtelement 152, insbesondere die Dichtlippe 182, und der Dichtring 180 zur Aufnahme der Membran 142 an den Stützteller 138 angespritzt werden.
Die Membran 142 kann nachträglich eingebracht oder aber in das Werkzeug eingelegt und umspritzt werden. Vorzugsweise wird der Dichtring 180 durch Umspritzen der Membran 142 hergestellt.
Der Stützteller 138 umfasst vorzugsweise mehrere Aufnahmebereiche 184, welche als Vertiefungen an einer dem Halteelement 140 abgewandten Oberseite des Stütztellers 138 ausgebildet sind und der Aufnahme von Stegelementen 186 dienen. Die Stegelemente 186 verbinden das Dichtelement 152 mit dem Dichtring 180 zur Aufnahme der Membran 142.
Das Dichtelement 152, der Dichtring 180 und die Stegelemente 186 sind somit insbesondere einstückig als ein zusammenhängendes Bauteil ausgebildet, vorzugsweise in einem Spritzgießschritt an den Stützteller 138 angespritzt.
Im Übrigen entspricht die in den Fig. 11 bis 15 dargestellte Ausführungsform der Dichtvorrichtung 112 hinsichtlich Aufbau und Funktion der in den Fig. 1 bis 9 dargestellten Ausführungsform, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in den Fig. 16 bis 20 dargestellte Ausführungsform einer Dichtvorrichtung 112 unterscheidet sich von der in den Fig. 11 bis 16 dargestellten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass nur das Dichtelement 152, insbesondere die Dichtlippe 182, und ein Dichtring 180 zur Festlegung des Dichtelements 152 an den Stützteller 138 angespritzt sind.
Stegelemente oder ein Dichtring zur Aufnahme der Membran sind nicht vorgesehen. Vielmehr ist eine anderweitige Festlegung der Membran, beispielsweise durch Verrasten, Verklemmen, Verkleben und/oder Verschweißen, direkt an dem Stützteller 138 vorgesehen.
Auch diese Dichtvorrichtung 112 ist in einem mehrstufigen Spritzgießprozess, insbesondere einem 2K-Spritzgießprozess, hergestellt.
Im Übrigen entspricht die in den Fig. 16 bis 20 dargestellte Ausführungsform der Dichtvorrichtung 112 hinsichtlich Aufbau und Funktion der in den Fig. 11 bis 16 dargestellten Ausführungsform, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.

Claims

- 39 -
Patentansprüche Druckausgleichsvorrichtung (100), insbesondere zum Ausgleich eines Überdrucks in einem elektrochemischen System (104), wobei die Druckausgleichsvorrichtung (100) Folgendes umfasst: ein Grundelement (110); eine Dichtvorrichtung (112), welche in einem geschlossenen Zustand der Druckausgleichsvorrichtung (100) einen Innenraum (106) der Druckausgleichsvorrichtung (100) verschließt; und eine Verbindungsvorrichtung (114) zur Verbindung des Grundelements (110) und der Dichtvorrichtung (112), wobei die Dichtvorrichtung (112) im geschlossenen Zustand der Druckausgleichsvorrichtung (100) abdichtend an dem Grundelement (110) anliegt und mittels der Verbindungsvorrichtung (114) relativ zu dem Grundelement (110) fixiert ist und wobei eine hierdurch gebildete fixierende Verbindung zwischen dem Grundelement (110) und der Dichtvorrichtung (112) zum Freigeben einer Fluidverbindung zwischen dem Innenraum (106) der Druckausgleichsvorrichtung (100) und einer Umgebung (108) der Druckausgleichsvorrichtung (100) lösbar ist und wobei die Verbindungsvorrichtung (114) ein Federelement (150) umfasst, dessen Federkraft insbesondere in einer quer zu einer Öff- nungsrichtung (144) der Druckausgleichsvorrichtung (100) verlaufenden Richtung wirkt. Druckausgleichsvorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (150) eine Formfeder und/oder eine Blattfeder ist und/oder ein oder mehrere Rückhalteelemente (170), beispielsweise einen oder mehrere nach innen ragende Rastvorsprünge (172), umfasst, welche in einem geschlossenen Zustand der Druckausgleichsvorrichtung (100) einen Teil der Dichtvorrichtung (112) in Öff- nungsrichtung (144) hintergreifen und/oder umgreifen. - 40 - Druckausgleichsvorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (150) in einem parallel zur Öffnungsrichtung (144) genommenen Querschnitt zumindest näherungsweise U-förmig ist und/oder dass das Federelement (150) zwei oder mehrere Schenkel (158) aufweist, welche sich längs der Öffnungsrichtung (144) von einem Verbindungsabschnitt (160) des Federelements (150) weg erstrecken. Druckausgleichsvorrichtung (100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das eine oder die mehreren Rückhalteelemente (170) an dem Innenraum (106) abgewandten Enden der zwei oder der mehreren Schenkel (158) angeordnet sind. Druckausgleichsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsvorrichtung (114) ein Aufnahmeelement (162) umfasst, welches das Federelement (150), insbesondere einen dem Innenraum (106) zugewandten Verbindungsabschnitt (160) des Federelements (150), aufnimmt und/oder hält. Druckausgleichsvorrichtung (100) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmeelement (162) einen Dichtabschnitt (164) aufweist, welcher im geschlossenen Zustand der Druckausgleichsvorrichtung (100) dichtend an dem Grundelement (110) anliegt, beispielsweise von einem Zentralabschnitt (120) des Grundelements (110) aufgenommen ist, und/oder dass das Aufnahmeelement (162) einen Gegenhalteabschnitt (166) aufweist, welcher das Federelement (150) im geschlossenen Zustand der Druckausgleichsvorrichtung (100) in Öffnungsrichtung (144) hintergreift. Druckausgleichsvorrichtung (100) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmeelement (162) mehrere, insbesondere punktförmige oder linienförmige, Kontaktbereiche (168) aufweist, welche in direktem Kontakt mit dem Federelement (150) sind und - 41 - vorzugsweise das Federelement (150) beidseitig aufnehmen und/oder stützen. Druckausgleichsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtvorrichtung (112) einen Stützteller (138) und ein sich daran anschließendes Halteelement (140), beispielsweise einen Zapfen (146), umfasst, wobei das Halteelement (140) sich entgegen der Öffnungsrichtung (144) vom Stützteller (138) weg erstreckt und im geschlossenen Zustand der Druckausgleichsvorrichtung (100) von dem Federelement (150) gehalten und/oder umgeben ist, insbesondere derart, dass das Federelement (150) das Halteelement (140), insbesondere zweiseitig, umgreift. Druckausgleichsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Rückhalteelemente (170) des Federelements (150) in einem geöffneten Zustand der Druckausgleichsvorrichtung (100) jeweils einen Anschlag bezüglich einer Bewegung der Dichtvorrichtung (112) entgegengesetzt zur Öffnungsrichtung (144) bilden. Druckausgleichsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis einer Länge des Federelements (150) parallel zur Öffnungsrichtung (144) zu einer durchschnittlichen Materialstärke des Federelements (150) ca. 4: 1 oder mehr und/oder ca. 100: 1 oder weniger beträgt. Druckausgleichsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis einer minimalen Breite des Federelements (150) senkrecht zur Öffnungsrichtung (144) zu einer durchschnittlichen Mate rial stärke des Federelements (150) ca. 2: 1 oder mehr und/oder ca. 50: 1 oder weniger beträgt. Druckausgleichsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtvorrichtung (112) einen Stützteller (138), eine, insbesondere porös ausgebildete, Membran (142), ein Dichtelement (152) und/oder einen, insbesondere mit dem Dichtelement (152) und/oder der Membran (142) verbundenen, Dichtring (180) umfasst. Druckausgleichsvorrichtung (100) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützteller (138) zusammen mit dem Dichtring (180) zur Festlegung der Membran (142) und/oder des Dichtelements (152) und/oder zusammen mit dem Dichtelement (152), insbesondere einer Dichtlippe (182), in einem mehrstufigen Spritzgießprozess, insbesondere einem 2K-Spritzgießprozess, hergestellt ist. Druckausgleichsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckausgleichsvorrichtung (100) einen Schutzdeckel (136) umfasst, welcher die übrigen Bestandteile der Druckausgleichsvorrichtung (100) abdeckt und welcher insbesondere lösbar mit dem Grundelement (110) der Druckausgleichsvorrichtung (100) verbunden ist. Druckausgleichsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckausgleichsvorrichtung (100) eine Überwachungsvorrichtung umfasst, mittels weicher ein Öffnungsvorgang der Druckausgleichsvorrichtung (100) detektierbar ist und/oder mittels welcher überwachbar ist, ob die Druckausgleichsvorrichtung (100) sich in einem geöffneten oder im geschlossenen Zustand befindet. Elektrochemisches System (104), umfassend eine oder mehrere Druckausgleichsvorrichtungen (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die eine oder die mehreren Druckausgleichsvorrichtungen (100) an und/oder in einer Wandung (102) des elektrochemischen Systems (104), insbesondere formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig, festgelegt sind.
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