Entgasungseinheit und Batteriegehäuse
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Entgasungseinheit und ein Batteriegehäuse, insbesondere einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs.
Stand der Technik
Gehäuse zur Aufnahme von Elektronikkomponenten wie bspw. Batteriezellen und dergleichen können nicht vollständig gasdicht gegenüber der Umgebung verschlossen werden, da einerseits aufgrund von Temperaturschwankungen (etwa durch Wärmeeinträge durch Laden bzw. Entladen von Batteriezellen) und andererseits aufgrund von natürlich vorkommenden Luftdruckschwankungen, insbesondere bei mobilen Systemen, ein Gasaustausch zwischen Innen- und Außenraum ermöglicht werden muss, um unzulässige mechanische Belastungen des Gehäuses, insbesondere ein Bersten oder Ausbeulen des Gehäuses, zu verhindern. Ebenso wichtig ist es jedoch, dass das Eindringen von Fremdkörpern, Schmutz und Feuchtigkeit in Form von flüssigem Wasser wirksam verhindert wird.
Es sind daher Druckausgleichsvorrichtungen bekannt, die Membranen aufweisen, die insbesondere gasdurchlässig jedoch flüssigkeitsundurchlässig sind.
Entsteht innerhalb des Gehäuses eine Druckspitze, etwa beim Versagen einer Batteriezelle in einem Batteriegehäuse, so muss dieser Druck möglichst schnell abgebaut werden, da ansonsten das Gehäuse Schaden nehmen könnte.
Als einfachste Ausführung eines Berstschutzes ist, beispielsweise bei Bleiakkus, bekannt, Berstscheiben im Sinne einer "Sollbruchstelle", insbesondere aus einem metallischen Blechmaterial, oder Sicherheitsklappen oder Ventile zu verwenden, die in eine Gehäuseöffnung eingesetzt werden.
Bei Hochvoltbatterien, insbesondere lithiumbasierten Traktionsbatterien mit deutlich höheren Speicherkapazitäten und Leistungsdichten kommen hingegen hochspezifische Druckausgleichsvorrichtungen zum Einsatz, welche zur Erfüllung der o.g. Aufgaben optimiert sind.
Aus DE 102012 022 346 B4 ist eine Entgasungseinheit für ein Batteriegehäuse bekannt, die über einen Grundkörper verfügt, der eine Gasdurchtrittsöffnung aufweist, welche von einer semipermeablen Membran, die durchlässig für Gase jedoch undurchlässig für Flüssigkeiten ist, abgedeckt ist, wobei die Membran ortsfest und fluiddicht mit dem Grundkörper verbunden ist, insbesondere verschweißt. Der Grundkörper ist fluiddicht mit einer Druckausgleichsöffnung des Batteriegehäuses verbindbar. Einen Gasaustausch im Normalbetrieb stellt die Membran durch ihre semipermeablen Eigenschaften sicher, während zur Realisierung einer Notentgasungsfunktion an einem Abdeckkörper ein zu der Membran weisender Notentgasungsdorn angeordnet ist, welcher die Membran bei Überschreiten einer durch einen Gehäuseinnendruck induzierten Grenzdehnung perforiert und reißen lässt, so dass ein schlagartiger Druckausgleich vom Innenraum zur Umgebung möglich ist. An einer in einem Montagezustand zum Batteriegehäuse weisenden Innenseite ist mit dem Grundkörper ein Innenschutzgitter verbunden, welches einen Eingriff mit Fremdkörpern in das Batteriegehäuse ausschließen soll und das die Membran gegen Wasserdruck von außen abstützt. Das Innenschutzgitter ist über Heißstempelverbindungen mit dem bevorzugt aus Kunststoff bestehenden Grundkörper verbunden und weist Durchtrittsöffnungen zur Verschraubung des Grundkörpers mit dem Batteriegehäuse auf, wobei der Grundkörper zum Eingriff der zur Verschraubung verwendeten Schrauben durch metallische Gewindeeinsätze gebildete Gewinde aufweist.
Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Entgasungeinheiten ist die Membran in der Regel direkt mit dem Grundkörper verschweißt oder auf andere Weise direkt mit diesem verbunden. Dies ist nachteilig, da der Grundkörper durch zwingend vorzusehende Freigänge für Schweißwerkzeuge (Sonotroden) und/oder Prüfwerkzeuge sehr groß dimensioniert werden muss. Eine direkte Verschweißung der Membran mit dem Grundkörper ist ferner unflexibel, da sich an die Entgasungseinheit gestellte unterschiedliche Anforderungsprofile (bspw. hinsichtlich Nenn- bzw. Maximalvolumenstrom, Berstdruck etc.) hierbei nur durch verschiedene Grundkörpertypen realisieren lassen.
Darüber hinaus sind Entgasungseinheiten bekannt, bei denen die Membran vor ihrer Montage an den Grundkörper als Baueinheit mit einem Montagerahmen vormontiert wird, um einerseits den Schweißprozess zu vereinfachen und andererseits die Handhabbarkeit der typischerweise dünnen Membran zu verbessern. Eine solche Entgasungseinheit ist beispielsweise aus DE 102020 129 933 A bekannt.
Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Entgasungseinheit für ein Batteriegehäuse, insbesondere für eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, zu schaffen, die sich dadurch auszeichnet, dass eine zur Realisierung der Druckausgleichsfunktion eingesetzte Membran in-situ getauscht werden kann und die modular an unterschiedliche Anforderungsprofile anpassbar ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Entgasungseinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , durch ein Batteriegehäuse mit den Merkmalen des Anspruchs 19 gelöst.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den Zeichnungen. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
Gemäß der vorliegenden Patentanmeldung wurde für die erfindungsgemäße Vorrichtung der Begriff Entgasungseinheit gewählt. Es ist jedoch selbst verständlich, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung gleichermaßen eine Be- und Entlüftung eines Innenraums des Batteriegehäuses durch die (poröse) Membran erlauben kann und daher die erfindungsgemäße Vorrichtung in Ausführungen auch als "Druckausgleichseinheit" oder "Be-/Ent- lüftungseinheit" bezeichnet werden kann.
Die hierin verwendeten relativen Bezeichnungen "innen" und "außen" beziehen sich auf einen Montagezustand bezüglich des Batteriegehäuses, wobei "innen" zum Batteriegehäuse weisend und "außen" zur Umgebung weisend bedeutet.
Die erfindungsgemäße Entgasungseinheit für ein Batteriegehäuse, insbesondere für eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, ist fluiddicht mit einem Rand einer Druckausgleichsöffnung des Batteriegehäuses verbindbar. Sie weist einen Grundkörper auf, der zumindest einen zur Befestigung der Entgasungseinheit an dem Batteriegehäuse einge-
richteten Befestigungsmitteleinwirkungsbereich aufweist und der eine Gasdurchtrittsöffnung hat. Die Gasdurchtrittsöffnung ist von einer Membran überdeckt, die auf der Seite ihrer inneren Oberfläche von zumindest einer fluiddurchlässigen Membranstützvorrichtung Übergriffen wird. Die Membran ist stoffschlüssig an einem von dem Grundkörper separaten Membranträger befestigt, der um die Gasdurchtrittsöffnung umlaufend fluiddicht gegenüber dem Grundkörper abgedichtet ist und mit dem Grundkörper derart verbunden ist, dass eine relative Beweglichkeit von Membranträger und Grundkörper zumindest in Axialrichtung unterbunden ist. Der Membranträger ist über eine reversibel lösbare Befestigungsvorrichtung mit dem Grundkörper verbunden.
Mit anderen Worten ausgedrückt ist der Membranträger zumindest in Axialrichtung gegenüber dem Grundkörper festgelegt und im Montagezustand des Membranträgers an dem Grundkörper explizit nicht von diesem abhebbar, sondern ohne Bewegungsfreiheitsgrad in Axialrichtung mit diesem verbunden.
Die Verbindung des Membranträgers mit dem Grundkörper ist eine reversibel lösbare Verbindung, was bedeutet, dass die Verbindung nicht nur lösbar, sondern darüber hinaus auch zerstörungsfrei lösbar ist. Dies hat den technischen Effekt, dass der Membranträger im Fall eines Defekts der Membran im Einbauzustand der Entgasungseinheit am Batteriegehäuse schnell und einfach ausgetauscht werden kann.
Bei der reversibel lösbaren Befestigungsvorrichtung kann es sich in Ausführungsformen um eine Bajonettverbindung, eine Schnappverbindung oder ein sonstiges Halteelement handeln. Eine Bajonettverbindung weist hierbei den besonderen technischen Vorteil auf, dass über diese prinzipbedingt sehr hohe Anpresskräfte erzeugbar sind, sodass die zur Abdichtung des Membranträgers gegenüber dem Grundkörper erforderlichen Dichtungsvorspannkräfte problemlos hierüber erzeugbar sind.
In Ausführungsformen kann der Membranträger gegenüber dem Grundkörper drehbar sein, um die als Bajonettverbindung ausgebildete reversibel lösbare Befestigungsvorrichtung von einem Sperrzustand in einen Lösezustand zu überführen oder umgekehrt. Unter einem Sperrzustand wird hierin der Zustand der Bajonettverbindung verstanden, der dem Betriebszustand der Entgasungseinheit entspricht, was bedeutet, dass im Sperrzustand der Membranträger zumindest in Axialrichtung gegenüber dem Grundkörpergesichert ist,
um die Gasdurchtrittsöffnung umlaufend fluiddicht gegenüber dem Grundkörper abzudichten. Der Lösezustand ist hingegen der Zustand der Bajonettverbindung, in dem die reversibel lösbare Verbindung des Membranträgers mit dem Grundkörper aufgehoben ist und der Membranträger von dem Grundkörper getrennt werden kann. Zur Demontage des Membranträgers ist daher die Bajonettverbindung von ihrem Sperrzustand in ihren Lösezustand zu überführen, während zur Montage des Membranträgers die Bajonettverbindung von ihrem Lösezustand in ihren Sperrzustand zu überführen ist.
Die Bajonettverbindung ist insbesondere als kombinierte Dreh-Steckverbindung ausgebildet, was bedeutet, dass der Bewegungsablauf bei der Montage/Demontage eine erste Phase mit einer axialen Bewegungskomponente sowie eine zweite Phase mit einer rota- tiven Bewegungskomponente umfasst, wobei der Sperrzustand final durch Verdrehen erreicht wird.
Besonders vorteilhaft kann der Membranträger an seiner Außenseite einen Werkzeugeingriffsbereich aufweisen, der zur Einleitung eines Drehmoments ausgebildet ist. Der Werkzeugeingriffsbereich kann beispielsweise einen Innen-/Außensechskant, einen Vielzahn oder einen Innen- und/oder Außensechsrund umfassen. Die Erfindung ist jedoch ausdrücklich nicht hierauf beschränkt, sodass unter einem Werkzeugeingriffsbereich hierin weitere dem Fachmann zur Einleitung eines Drehmoments geeignete Strukturen verstanden werden können. Der Werkzeugeingriffsbereich ist insbesondere koaxial zu einer Mittellängsachse des Membranträgers angeordnet. Über den Werkzeugeingriffsbereich können die zur Montage/Demontage des Membranträgers nötigen Drehmomente einfach und problemlos eingebracht werden, sodass ein Austausch des Membranträgers hierdurch noch weiter beschleunigt werden kann.
Gemäß einerweiteren Ausführungsform können an dem Grundkörper erste Bajonettverbindungsmittel ausgebildet sein und an dem Membranträger zweite Bajonettverbindungsmittel, die zusammen die Bajonettverbindung bilden. Die ersten und/oder zweiten Bajonettverbindungsmittel können jeweils eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Sicherungswand aufweisen, die im Wesentlichen in einer sich parallel zur Membran erstreckenden Ebene verläuft. Durch Verdrehen des Membranträgers in den Sperrzustand wird erreicht, dass die Sicherungswände der ersten Bajonettverbindungsmittel axial hinter die
Sicherungswände der zweiten Bajonettverbindungsmittel eintauchen, sodass eine formschlüssige Sperrung eines axialen Bewegungsfreiheitsgrads des Membranträgers gegenüber dem Grundkörper erreicht wird.
Insbesondere können die ersten und/oder zweiten Bajonettverbindungsmittel einen Drehwinkelanschlag umfassen, der eine bestimmungsgemäße Drehwinkelendlage des Membranträgers vorgibt. Ein Drehwinkelanschlag kann insbesondere an zumindest einem der ersten und/oder zweiten Bajonettverbindungsmittel ausgebildet sein, insbesondere in Form eines sich an eine Sicherungswand zumindest eines Bajonettverbindungsmittels anschließende Sperrwand. In Ausführungen kann zumindest ein dem Membranträger zugeordnetes Bajonettverbindungsmittel den Drehwinkelanschlag aufweisen.
In Ausführungen können über den Umfang verteilt zwei, drei, vier oder noch mehr erste und/oder zweite Bajonettverbindungsmittel vorliegen.
In einer noch weiteren Ausführungsform die können die ersten und/oder zweiten Bajonettverbindungsmittel zumindest einen in Umfangsrichtung verlaufenden Rampenabschnitt umfassen, der insbesondere dazu ausgebildet ist, eine relative Drehbewegung des Membranträgers gegenüber dem Grundkörper in eine axial gerichtete Anpresskraft zu umwandeln. Dadurch erlaubt es der Rampenabschnitt durch Verdrehung des Membranträgers eine insbesondere axial wirksame Dichtung zwischen Membranträger und Grundkörper in Axialrichtung vorzuspannen, um eine optimale Abdichtung zu erreichen und dadurch die Membran umgehende Bypassströmungen zu unterbinden.
Die erfindungsgemäße Befestigung der Membran an einem von dem Grundkörper separaten Membranträger ist einerseits vorteilhaft bei der Herstellung der Entgasungseinheit, da die Verbindung, insbesondere Verschweißung, der Membran mit dem Membranträger mit deutlich geringerem apparativem Aufwand erfolgen kann als eine Direktverschweißung in den Grundkörper. Auch werden nachgelagerte Prüfprozesse an der verschweißten Membran vereinfacht, da diese am Membranträger sehr gut zugänglich ist.
Ferner wird vorteilhaft ermöglicht, Varianten der erfindungsgemäßen Entgasungseinheit einfach durch den Einsatz verschiedener Membranträger-Membran Kombinationen zu erzeugen, die in den jeweils gleichen Grundkörper einsetzbar sind. So können sich die
Membranträger-Membran Kombinationen beispielsweise im Querschnitt ihres Gasdurchlassbereichs, dem Membrantyp (fluiddurchlässig oder fluidundurchlässig), den Membraneigenschaften (Berstverhalten), der Ausbildung der Membranstützvorrichtung und anderen Merkmalen unterscheiden.
Die erfindungsgemäß vorgesehene modulare Bauweise der Entgasungseinheit macht es daher besonders leicht, die Entgasungseinheit an technische Randbedingungen anzupassen und schafft das Potential, auch Kleinserien kostengünstig produzieren zu können, da der erfahrungsgemäß teuerste Vorrichtungsbestandteil (der Grundkörper) für alle Varianten ein Gleichteil ist.
Der Grundkörper und/oder der Membranträger kann im Wesentlichen aus Kunststoff, insbesondere thermoplastischem Kunststoff, bestehen und insbesondere spritzgegossen sein. Bevorzugte Materialien sind Polypropylen, Polybutylenterephthalat oder Polyamid, jeweils Verstärkungsfasern aufweisend, insbesondere Glasfasern.
Die Membranstützvorrichtung stützt die Membran gegen externe Druckeinwirkungen (z. B. gegen Wasserdruck im Falle von Wasserdurchfahrten und/oder Einsatz von Reinigungsvorrichtungen bei Fahrzeugen) und unterbindet unzulässige Verformungen der Membran. Ferner wird durch die Membranstützvorrichtung eine Schutzfunktion zur Sicherstellung eines Eingriffsschutzes bezüglich des Batteriegehäuses (entsprechende IP- Klassifizierung) erreicht.
Ein Abstand, um welchen die Membranstützvorrichtung von der inneren Membranoberfläche entfernt ist, kann zwischen 0,1 mm und 1 ,0 mm, bevorzugt zwischen 0,5 mm und 0,8 mm liegen. Der Abstand kann aber auch , Null' betragen, sodass die Membran bereits im Ruhezustand an der Membranstützvorrichtung anliegt.
Die fluiddurchlässige Membranstützvorrichtung kann als Gitterabschnitt mit einer Vielzahl Gitterstegen und dazwischen liegenden Gitteröffnungen ausgebildet sein. Die Gitterstege können in einem rechtwinkligen Raster oder als eine Kombination von umfänglich und radial verlaufenden Gitterstegen angeordnet sein. Alternativ können die Gitterstege in Form eines sonstigen polygonalen Musters, etwa in Form von Fünf- oder Sechsecken, vorliegen.
Die Membranstützvorrichtung kann ein Metall aufweisen oder daraus bestehen. Alternativ kann die Membranstützvorrichtung einen Kunststoff aufweisen oder daraus bestehen, bevorzugt Polypropylen und/oder Polybutylenterephthalat, jeweils bevorzugt Verstärkungsfasern aufweisend, insbesondere Glasfasern. Bevorzugt besteht die Membranstützvorrichtung aber aus demselben Werkstoff wie der Grundkörper und/oder der Membranträger.
Bei der Membran kann es sich einerseits um eine semipermeable Membran handeln, welche einen Durchtritt von gasförmigen Medien von einer Umgebung in das Batteriegehäuse und umgekehrt ermöglicht, den Durchtritt von flüssigen Medien und/oder Feststoffen jedoch unterbindet.
Andererseits kann die Membran eine fluiddichte Membran sein, insbesondere eine Kunststofffolie. Als fluiddichte Membran können beispielsweise nicht-poröse Folien in Form von Polymer-Folien eingesetzt werden. Es sind laminierte Folien, Foliencompounds, oder auch funktionell ausgerüstete, insbesondere bedampfte Folien einsetzbar, um die Dichtigkeit des Gehäuses bei bestimmungsgemäßem Betrieb zu gewährleisten. Als Basiswerkstoff für die Polymer-Folie eignet sich beispielsweise Polypropylen. Unterschiedlichen Materialpaarungen zwischen Grundkörper und Folie sind bei Verwendung geeigneter Verbundtechniken, insbesondere Kleben, ebenfalls denkbar.
Für die semipermeable Membran können sämtliche Materialien eingesetzt werden, die eine angemessen hohe Gasdurchlässigkeit zur Be-/Entlüftung und eine hinreichend hohe Undurchlässigkeit für flüssiges Wasser aufweisen. Die semipermeable Membran kann insbesondere eine poröse Folie aufweisen oder daraus bestehen. Als bevorzugtes Material für die semipermeable Membran kann Polytetrafluorethylen (PTFE) eingesetzt werden. Die semipermeable Membran weist eine durchschnittliche Porengröße auf, die zwischen 0,01 Mikrometer und 20 Mikrometer liegen kann. Die Porosität liegt vorzugsweise bei ca. 50 %; die mittlere Porengröße beträgt bevorzugt etwa 10 Mikrometer.
Die Membran kann bevorzugt als folienartige bzw. folienförmige bzw. scheibenförmige, dünne Membran gestaltet sein. Die Membran kann an ihrem Außenumfang bevorzugt eine rechteckige oder runde Außenkontur aufweisen. Es versteht sich jedoch, dass der
Außenumfang der Membran auch anders gestaltet sein kann. Bei der Membran handelt es sich bevorzugt um eine dünne Flachmembran, deren voneinander wegweisende Membran-Oberflächen im Wesentlichen parallel zueinander und vorzugsweise im Wesentlichen planar ausgebildet sind.
Die Membrandicke der Membran ist sehr viel kleiner als ihre übrigen Außenabmessungen. Die Membran kann eine Mindestbreite und/oder eine Mindestlänge oder einen Min- dest-Außendurchmesser von gleich oder größer 20 mm, vorzugsweise von gleich oder größer 30 mm, insbesondere von gleich oder größer 40 mm, überspannen. Die Membrandicke kann insbesondere um mindestens das 20-fache, vorzugsweise um mindestens das 40-fache, insbesondere um mindestens das 100-fache, kleiner sein als die Mindestbreite und/oder die Mindestlänge oder der Mindest-Außendurchmesser der Membran. Die Membrandicke kann 1 Mikrometer bis 5 Millimeter betragen, wobei eine Membrandicke von 0,1 bis 2 mm, insbesondere 0,15 bis 0,5 mm, bevorzugt wird.
In einer Weiterbildung ist die Membranstützvorrichtung an dem Membranträger ausgebildet, insbesondere einteilig mit dem Membranträger. Dies erhöht die Flexibilität bei der Bereitstellung von Varianten der erfindungsgemäßen Entgasungseinheit noch weiter, da auch Eigenschaften der Membranstützvorrichtung individuell und kostengünstig anpassbar werden.
In einerweiteren ebenfalls bevorzugten Weiterbildung kann die Entgasungseinheit einen Notentgasungsdorn aufweisen, der sich außenseitig in Axialrichtung zu der Membran erstreckt und dessen Spitze in einem Ruhezustand in einem vorbestimmten Abstand von einer äußeren Membranoberfläche vorliegt.
Der Notentgasungsdorn ist im Ruhezustand (keine Differenzdruckbelastung) in einem vorbestimmten Abstand zur Membranoberfläche angeordnet. Unter Druckbelastung (relativer Innenüberdruck) wird sich die Membran in Richtung Außenraum ausbeulen und bei Erreichen eines Grenzdrucks auf Anlage an der Spitze des Notentgasungsdorns kommen. Aufgrund seiner Spitze erzeugt der Notentgasungsdorn dann eine gezielte Schwächung der Membran, so dass diese reißt. Dies dient der Sicherstellung einer möglichst flink reagierenden Notentgasungsfunktion, was wichtig ist, um bei einem plötzlichen Innendruckanstieg in dem Batteriegehäuse sicherstellen zu können, dass die
Gehäusestruktur intakt bleibt. Durch eine Variation des Abstandes der Spitze des Notentgasungsdorns von der Membranoberfläche ist der Notentgasungsdruck einstellbar.
Der Notentgasungsdorn kann an dem Membranträger ausgebildet sein, insbesondere einteilig mit dem Membranträger. Alternativ kann der Notentgasungsdorn auch an dem Grundkörper ausgebildet sein, insbesondere einteilig mit dem Grundkörper. Die Ausführungsform, gemäß der der Notentgasungsdorn an dem Membranträger ausgebildet ist, erhöht die Flexibilität bei der Bereitstellung von Varianten der erfindungsgemäßen Entgasungseinheit sogar noch weiter, da auch Eigenschaften der Notentgasung individuell und kostengünstig anpassbar werden. So können hierdurch insbesondere in dem modularen Bauteil unterschiedliche Entgasungsdrücke realisiert werden ohne Eigenschaften des Grundkörpers ändern zu müssen.
In einer weiteren Ausführung kann der Membranträger einen fluiddurchlässigen Gasdurchlassbereich und einen den Gasdurchlassbereich umlaufenden Membranbefestigungsbereich aufweisen. In dem Membranbefestigungsbereich ist die Membran umlaufend mit dem Membranträger verbunden, insbesondere mit diesem verschweißt. Die Membran überdeckt den Gasdurchlassbereich des Membranträgers vollständig. Neben einer Verschweißung der Membran kommt auch eine Verklebung in Betracht, beispielsweise mittels eines umlaufend aufgebrachten Klebebandes.
In Ausführungen kann der Membranträger einen runden Querschnitt, bevorzugt kreisförmigen Querschnitt, oder polygonalen Querschnitt, insbesondere rechteckförmigen Querschnitt, insbesondere mit verrundeten Ecken, haben.
In Ausführungen kann ein Querschnitt des Gasdurchlassbereichs des Membranträgers von einem Querschnitt der Gasdurchtrittsöffnung des Grundkörpers verschieden sein, insbesondere kleiner sein als diese. Es ist demnach möglich, dass ein effektiver Gasdurchlassquerschnitt der Entgasungseinheit durch den Querschnitt des Gasdurchlassbereichs des Membranträgers bestimmt wird. Somit wird es ermöglicht, durch verschieden dimensionierte Membranträger unter Verwendung desselben Grundkörpers Varianten der erfindungsgemäßen Entgasungseinheit zu erzeugen, die sich alternativ oder zusätzlich zu den bereits genannten Merkmalen in ihren effektiven Gasdurchlassquerschnitten unterscheiden.
In einerweiteren Ausführungsform kann der Membranträger durch ein umlaufendes Dichtelement gegenüber dem Grundkörper abgedichtet sein. Das umlaufende Dichtelement kann hierbei eine O-Ringdichtung oder eine Dichtlippe, insbesondere eine 2K-Dichtlippe, sein. Das Dichtelement, insbesondere die O-Ringdichtung, kann am Membranträger angeordnet sein, beispielsweise in einer Dichtungsnut des Membranträgers. Alternativ kann das Dichtelement aber auch am Grundkörper vorliegen. Das Dichtelement kann axial und/oder radial wirksam sein, wobei auch kombinierte, d.h. in Anteilen sowohl axial als auch radial wirksame Dichtelemente möglich sind.
Die Verbindung von Membranträger und Grundkörper kann insbesondere derart erfolgen, dass der Membranträger von der Innenseite der Entgasungseinheit her mit dem Grundkörper verbunden ist. Bevorzugt ist der Membranträger an der Grundkörper-Innenseite angeordnet.
Es ist jedoch in Ausführungen auch möglich, dass der Membranträger von der Außenseite der Entgasungseinheit her mit dem Grundkörper verbunden ist, wobei der Membranträger insbesondere an der Grundkörper-Außenseite vorliegt. Dies ist insbesondere bei Ausführungsformen möglich, bei denen der Notentgasungsdorn als Teil des Membranträgers ausgebildet ist. Diese Ausführungsform weist den technischen Vorteil auf, dass der Membranträger von dem Grundkörper getrennt werden kann, während der Grundkörper an dem Batteriegehäuse montiert ist. Mit anderen Worten kann der Membranträger bei an das Batteriegehäuse angebautem Grundkörper problemlos ausgetauscht werden, sodass hierdurch ein Austausch einer defekten Membran schnell und mit geringem Aufwand, insbesondere direkt im Fahrzeug, erfolgen kann.
In Ausführungen kann die Entgasungseinheit eine Gehäusedichtung aufweisen, die die Gasdurchtrittsöffnung an der Innenseite der Entgasungseinheit umlaufend umgibt. Insbesondere kann die Gehäusedichtung an einer Membranträger-Innenseite oder an der Grundkörper-Innenseite vorliegen.
Die Gehäusedichtung kann als Axial- oder Radialdichtung ausgebildet sein, d.h. insbesondere an einer Stirnfläche (im Falle der Axialdichtung) oder an einer Mantelfläche (im
Falle der Radialdichtung) eines Bestandteils der Entgasungseinheit vorliegen. Die Gehäusedichtung kann als O-Ring, welcher in einer korrespondierenden Nut eines Bestandteils der Entgasungseinheit aufgenommen ist, oder als angespritzte Dichtkomponente ausgebildet sein. Eine Anordnung der Gehäusedichtung in Axialkonfiguration wird bevorzugt. Die Gehäusedichtung kann insbesondere auch als Formdichtung mit einem nichtkreisförmigen, insbesondere in Längsrichtung gestreckten, Querschnitt ausgebildet sein.
Des Weiteren kann die Membranstützvorrichtung als von dem Membranträger separates Bauteil ausgebildet sein und insbesondere an der Grundkörper-Innenseite angeordnet sein. Insbesondere kann die Membranstützvorrichtung unmittelbar an der Grundkörper- Innenseite mit dem Grundkörper verbunden sein. Insbesondere wirkt die Membranstützvorrichtung hierbei als sonstiges Halteelement und hält den Membranträger formschlüssig an dem Grundkörper. Beispielsweise ist die Membranstützvorrichtung so an dem Grundkörper befestigt, dass diese den Membranträger am Grundkörper festklemmt.
In Ausführungen kann der Befestigungsmitteleinwirkungsbereich des Grundkörpers eine Bohrung, insbesondere eine Sacklochbohrung, aufweisen, die zu der Grundkörper-Innenseite und/oder einer Grundkörper-Außenseite offen ist. Insbesondere liegt in der Bohrung zumindest eine Verstärkungshülse vor. Die Verstärkungshülse kann weiter bevorzugt auch einen Gewindeabschnitt umfassen. Die Verstärkungshülse kann insbesondere aus einem steiferen Material als das Material des Grundkörpers bestehen, insbesondere aus einem Metall, insbesondere aus Messing.
In einer noch weiteren Ausführungsform kann die Entgasungseinheit eine Abdeckhaube aufweisen, die bevorzugt zumindest eine Be-/Entlüftungsöffnung aufweist. Die Abdeckhaube ist insbesondere außenseitig mit dem Grundkörper und/oder dem Membranträger verbunden. Die Verbindung von Abdeckhaube und Grundkörper bzw. Membranträger kann beispielsweise durch einen Rastelementeingriff erfolgen. Der Rastelementeingriff kann hierbei etwa an dem Außenumfang des Grundkörpers bzw. Membranträgers erfolgen oder aber im weiteren Sinne stirnseitig an dessen Außenseite. Es kommen zur Befestigung der Abdeckhaube jedoch auch andere Befestigungsmittel in Betracht, etwa form- oder kraftschlüssige Befestigungsmittel, etwa Schrauben oder Clips, oder durch stoffschlüssige Verbindungen, insbesondere (Ultraschall- und/oder Reib-)Schweißen. In Ausführungen kann der Notentgasungsdorn an der Abdeckhaube ausgebildet sein.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Batteriegehäuse, insbesondere einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs. Das Batteriegehäuse hat zumindest eine Gehäusewandung mit einer Druckausgleichsöffnung, wobei in dem Batteriegehäuse bevorzugt Batteriezellen anordenbar sind und wobei die Druckausgleichsöffnung von einer erfindungsgemäßen Entgasungseinheit verschlossen ist.
Insbesondere ist dabei eine Montage der Entgasungseinheit derart vorgesehen, dass diese mittels zumindest eines Befestigungsmittels, insbesondere einer Schraube, mit einer Wandung des Batteriegehäuses verbunden ist, wobei das Befestigungsmittel mit dem Befestigungsmitteleinwirkungsbereich des Grundkörpers in Eingriff steht. Durch die Verschraubung werden die zur Verpressung der Gehäusedichtung nötigen Dichtungsvorspannkräfte erzeugt. Die Verschraubung kann insbesondere von einem Innenraum des Batteriegehäuses her erfolgen. Es sind selbstverständlich auch Ausführungsformen von der Erfindung umfasst, bei denen die Verschraubung der Entgasungseinheit mit dem Batteriegehäuse von der Außenseite her erfolgt.
Schließlich kann die Gehäusewandung des Batteriegehäuses an einer Außenseite eine die Druckausgleichsöffnung umlaufende Dichtfläche aufweisen, an der in einem Montagezustand die Gehäusedichtung der Entgasungseinheit anliegt. Die Dichtfläche ist bevorzugt als ein Bereich der Wandung des Batteriegehäuses mit möglichst geringen Abweichungen hinsichtlich Ebenheit und geringer Rauheit ausgebildet. Geeigneter Weise weist das Batteriegehäuse bzw. zumindest dessen Wandung einen Metallwerkstoff auf oder besteht daraus, so dass die Dichtfläche hinsichtlich der o. g. Eigenschaften einfach durch mechanische Bearbeitung erhalten werden kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, Beschreibung und Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen:
Fig. 1 eine isometrische Ansicht einer erfindungsgemäßen Entgasungseinheit gemäß einer ersten Ausführungsform von außen,
Fig. 2 eine isometrische Ansicht der erfindungsgemäßen Entgasungseinheit gemäß der ersten Ausführungsform von innen,
Fig. 3 eine Längsschnittansicht der erfindungsgemäßen Entgasungseinheit gemäß der ersten Ausführungsform;
Fig. 4a, b jeweils eine isometrische Ansicht eines Membranträgers der erfindungsgemäßen Entgasungseinheit gemäß der ersten Ausführungsform;
Fig. 5 eine isometrische Ansicht eines Grundkörpers der erfindungsgemäßen Entgasungseinheit gemäß der ersten Ausführungsform von innen ohne Membranträger;
Fig. 6 eine isometrische Ansicht einer erfindungsgemäßen Entgasungseinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform von außen,
Fig. 7 eine isometrische Ansicht der erfindungsgemäßen Entgasungseinheit gemäß der zweiten Ausführungsform von innen,
Fig. 8 eine Längsschnittansicht der erfindungsgemäßen Entgasungseinheit gemäß der zweiten Ausführungsform;
Fig. 9a-c jeweils eine isometrische Ansicht eines Membranträgers der erfindungsgemäßen Entgasungseinheit gemäß der zweiten Ausführungsform;
Fig. 10 eine isometrische Ansicht eines Grundkörpers der erfindungsgemäßen Entgasungseinheit gemäß der zweiten Ausführungsform von innen ohne Membranträger;
Fig. 11 eine isometrische Ansicht einer nicht erfindungsgemäßen Entgasungseinheit gemäß einer dritten Ausführungsform von außen,
Fig. 12 eine isometrische Ansicht einer nicht erfindungsgemäßen Entgasungseinheit gemäß der dritten Ausführungsform von innen,
Fig. 13 eine isometrische Ansicht eines Grundkörpers der nicht erfindungsgemäßen Entgasungseinheit gemäß der dritten Ausführungsform von innen ohne Membranträger;
Fig. 14 eine Längsschnittansicht der nicht erfindungsgemäßen Entgasungseinheit gemäß der dritten Ausführungsform;
Fig.15a-c jeweils eine isometrische Ansicht eines Membranträgers der nicht erfindungsgemäßen Entgasungseinheit gemäß der dritten Ausführungsform;
Fig. 16 eine isometrische Ansicht einer erfindungsgemäßen Entgasungseinheit gemäß einer vierten Ausführungsform von innen,
Fig. 17 eine isometrische Ansicht eines Grundkörpers der erfindungsgemäßen Entgasungseinheit gemäß der vierten Ausführungsform von innen mit Membranträger, jedoch ohne Membranstützvorrichtung;
Fig. 18 eine Längsschnittansicht der erfindungsgemäßen Entgasungseinheit gemäß der vierten Ausführungsform;
Fig.19a-c jeweils eine isometrische Ansicht eines Membranträgers der erfindungsgemäßen Entgasungseinheit gemäß der vierten Ausführungsform;
Fig. 20 eine isometrische Ansicht einer erfindungsgemäßen Entgasungseinheit gemäß einer fünften Ausführungsform von außen;
Fig. 21 eine isometrische Teilschnittansicht der Entgasungseinheit gemäß der fünften Ausführungsform;
Fig. 22 eine isometrische Explosionsansicht der Entgasungseinheit gemäß der fünften Ausführungsform;
Fig. 23 eine isometrische Ansicht einer erfindungsgemäßen Entgasungseinheit gemäß einer fünften Ausführungsform von innen;
Fig. 24 eine isometrische Ansicht eines Membranträgers der Entgasungseinheit gemäß der fünften Ausführungsform.
Ausführungsformen der Erfindung
In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen. Merkmale oder Merkmalskombinationen, welche in Zusammenhang mit einer bestimmten Ausführungsform offenbart sind, sind - wenn nicht explizit ausgeschlossen - auch auf die anderen Ausführungsformen übertragbar.
Die in den Fig. 1 bis Fig. 19 dargestellte erfindungsgemäße Entgasungseinheit 10 verfügt über einen Grundkörper 1 , der über eine Schraubverbindung außenseitig mit einem Rand einer Druckausgleichsöffnung eines Batteriegehäuses, insbesondere eines Batteriegehäuses einer Traktionsbatterie, verbindbar ist. Die Schrauben können zur Befestigung der Entgasungseinheit 10 mit den Befestigungsmitteleinwirkungsbereichen 11 des Grundkörpers in Eingriff gebracht werden. In den Befestigungsmitteleinwirkungsbereichen 11 liegen jeweils Verstärkungshülsen 111 vor,
die die Befestigungskräfte aufnehmen, um den in der Regel aus Kunststoff bestehenden Grundkörper 1 zu schonen. Die Entgasungseinheit 10 kann außenseitig an ein Batteriegehäuse montiert werden und kann von der Innenseite her verschraubt werden. Alternativ ist auch eine Verschraubung von der Außenseite her möglich, wobei die Schrauben durch die Befestigungsmitteleinwirkungsbereiche 11 gesteckt werden. Zur fluiddichten Abdichtung der Entgasungseinheit 10 mit der Wandung des Batteriegehäuses ist eine Gehäusedichtung 5 vorgesehen, welche durch eine Dichtungsvorspankraft verpressbar ist.
Der Grundkörper hat eine Gasdurchtrittsöffnung 15, durch die ein Druckausgleich zwischen Gehäuseinnenraum und der Umgebung sowie umgekehrt stattfinden kann.
Weiter verfügt die Entgasungseinheit 10 über eine Membran 4, die als semipermeable Membran 4 für gasförmige Fluide durchlässig ist, den Durchtritt von Festkörpern und Flüssigkeiten jedoch unterbindet. Bevorzugt ist die Membran als poröse PTFE-Folie ausgebildet. Die Membran 4 kann in Ausführungen aber auch als fluidundurchlässige Membran 4 ausgebildet sei, beispielsweise als Kunststofffolie. In diesem Fall erfüllt die Entgasungseinheit 10 nicht die Funktion einer Be-/Entlüftung im Normalbetrieb, sondern dient in erster Linie der Entgasung im Notfall (Zelldefekte).
Die Membran 4 ist innenseitig von einer fluiddurchlässigen Membranstützvorrichtung 2 Übergriffen, welche in einem vorbestimmten Abstand von der Membran 4 vorliegt. Die Membranstützvorrichtung 2 hat eine Vielzahl Gitterstege 21 , zwischen denen eine Vielzahl Gitteröffnungen 22 vorliegt.
An der Außenseite A der Entgassungseinheit 10 liegt eine Abdeckhaube 3 vor, die zumindest eine Be-/Entlüftungsöffnung 31 aufweist und dazu eingerichtet ist, einen Schutz für die empfindliche Membran 4 bereit zu stellen, so dass diese von außen weder mit Fremdkörpern, etwa spitze Gegenstände wie Schraubendreher o.ä., noch mittels Hochdruckreinigern und/oder Dampfstrahlern beschädigt werden kann. Konstruktion und Dimensionierung der Abdeckhaube tragen somit wesentlich zu einer hohen IP-Schutz- klasse bei.
Die Erfindungsgemäße Entgasungseiheit 10 weist ferner einen Notentgasungsdorn 19 auf. Dieser erstreckt sich zur Membran 4 hin und ist im Ruhezustand (keine
Differenzdruckbelastung) in einem vorbestimmten Abstand zur äußeren Membranoberfläche 41 angeordnet. Unter Druckbelastung (relativer Innenüberdruck) wird sich die Membran 4 in Richtung Außenraum ausbeulen und bei Erreichen eines Grenzdrucks auf Anlage an der Spitze 191 des Notentgasungsdorns 19 kommen. Aufgrund seiner Spitze 191 erzeugt der Notentgasungsdorn 19 dann eine gezielte Schwächung der Membran 4, so dass diese reißt. Dies dient der Sicherstellung einer möglichst flink reagierenden Notentgasungsfunktion, was wichtig ist, um bei einem plötzlichen Innendruckanstieg in dem Batteriegehäuse sicherstellen zu können, dass die Gehäusestruktur intakt bleibt. Durch eine Variation des Abstandes der Spitze 191 des Notentgasungsdorns 19 von der Membranoberfläche 41 ist der Notentgasungsdruck einstellbar.
Fig. 1 bis Fig. 4b zeigen nun eine erfindungsgemäße Entgasungseinheit 10 in einer ersten Ausführungsform.
Die Membran 4 ist an einem von dem Grundkörper 1 separaten Membranträger 6 gehalten, der über eine Schnappverbindung 63 mit dem Grundkörper 1 so verbunden ist, dass eine relative Bewegung des Grundkörper 1 und des Membranträger 6 gesperrt ist. Mit anderen Worten ist der Membranträger 6 im verbundenen Zustand nicht von dem Grundkörper 1 abhebbar. Der Membranträger 6 verfügt über Schnapphaken 631 , die jeweils formschlüssig einen Hintergriffsabschnitt 14 am Grundkörper hintergreifen. Die Schnapphaken 631 sind nach radial innen gerichtet und jeweils über einen sich radial erstreckenden Verbindungsabschnitt 632 mit einer Membranträgerbasis verbunden. Die Schnapphaken 631 greifen an einem Außenumfang des Grundkörpers 1 an diesem an.
Gemäß dieser Ausführungsform kann die Verbindung von Membranträger 6 und Grundkörper 1 lösbar sein, was es insbesondere ermöglicht, den Membranträger 6 jederzeit gegen einen anders dimensionierten Membranträger auszutauschen.
Der Membranträger 6 enthält sowohl die Membran 4 als auch die Membranstützvorrichtung 2, die einteilig mit dem Membranträger 6 ausgeführt ist, wobei der Membranträger 6 bevorzugt als Spritzgussteil aus einem geeigneten Kunststoff herstellbar ist. Die Membranstützvorrichtung 2 weist eine Gitterstruktur mit Gitterstegen 21 auf, die in Form von
Sechsecken ausgebildet sind, wobei zwischen den Gitterstegen 21 Gitteröffnungen vorliegen. Die Membranstützvorrichtung 2 übergreift die innere Membranoberfläche 42 der Membran 4.
Die Membran 4 ist mit dem Membranträger 6 verbunden, insbesondere verschweißt oder verklebt. Die Verbindung der Membran 4 mit dem Membranträger 6 erfolgt in dem den Gasdurchlassbereich 64 umgebenden Membranbefestigungsbereich 65 (siehe Fig. 4b). Die Membran 4 überspannt hierbei den Gasdurchlassbereich 64, in dem die Membranstützvorrichtung 2 vorliegt, vollständig.
Der Membranträger 6 ist von der Innenseite 12 des Grundkörpers 1 her mit diesem verbunden und an der Innenseite 12 des Grundkörpers 1 angeordnet, sodass dieser in einem Montagezustand an einem Batteriegehäuse dem Batteriegehäuse zugewandt vorliegt. Die Grundkörper-Außenseite 13 ist in diesem Montagezustand folglich dem Batteriegehäuse abgewandt.
Am Membranträger 6 ist eine nach radial außen offene Dichtungsnut 661 ausgebildet, in der ein als O-Ring ausgebildetes Dichtelement 66 aufgenommen ist. Über das Dichtelement 66 ist der Membranträger 6 die Fluiddurchlassöffnung 15 des Grundkörpers 1 umlaufend fluiddicht gegenüber dem Grundkörper 1 abgedichtet. Der Dichtkontakt zwischen Membranträger 6 und Grundkörper 1 erfolgt in einem sich axial erstreckenden umlaufenden Bundabschnitt des Grundkörper 1 , in den ein korrespondierender Gegenabschnitt des Membranträgers 6 axial eintaucht. Das Dichtelement 66 dichtet radial gegenüber einer Wandung des axial erstreckenden Bundabschnitts des Grundkörper 1 .
Ferner ist am Membranträger 6 die Gehäusedichtung 5 ausgebildet, welche in einer Gehäusedichtungsnut 69 an der Innenseite 61 des Membranträgers 6 aufgenommen ist. Die Gehäusedichtung 5 ist derart an der Innenseite 61 des Membranträgers angeordnet, dass diese den Gasdurchlassbereich 64 umfänglich umgibt. Der Grundkörper 1 wird im Montagezustand an einem Batteriegehäuse daher mittelbar gegenüber dem Batteriegehäuse abgedichtet.
Der Notentgasungsdorn 19 ist am Grundkörper 1 ausgebildet, insbesondere in Form eines einteiligen Spritzgussteils.
Die in den Fig. 6 bis Fig. 10 dargestellte zweite Ausführungsform der Entgasungseinheit 10 unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform in erster Linie in der Art der Abdichtung des Membranträgers 6 gegenüber dem Grundkörper 1.
Der Membranträger 6 ist über eine am Grundkörper 1 vorgesehene Dichtlippe 67 (siehe Fig. 8) gegenüber dem Grundkörper 1 abgedichtet. Die Dichtlippe 67 ist insbesondere als einteilig mit dem Grundkörper gespritzte 2K-Dichtlippe ausgeführt. Im Dichtkontakt zwischen Membranträger 6 und Grundkörper 1 ergibt sich eine axiale Dichtwirkung durch Anlage der Dichtlippe 67 des Grundkörpers 1 auf der Membranträger-Außenseite 62. Der Dichtkontakt erfolgt in einem radial außerhalb des Gasdurchlassbereichs 64 liegenden Abschnitt des Membranträgers 6 derart, dass die Dichtlinie den Gasdurchlassbereichs 64 des Membranträgers 6 umlaufend vollständig umgibt. In nicht figurativ gezeigten Ausführungsformen kann eine (axiale) Dichtlippe selbstverständlich auch am Membranträger 6 vorliegen.
Die in den Fig .11 bis Fig. 15 dargestellte dritte nicht erfindungsgemäße Ausführungsform der Entgasungseinheit 10 unterscheidet sich von der ersten und zweiten Ausführungsform darin, dass der Membranträger 6 nicht formschlüssig über eine Schnappverbindung am Grundkörper 1 befestigt ist, sondern durch eine Schweißverbindung 68. Der Membranträger 6 ist daher als einfache den Gasdurchlassbereich 64 und den Membranbefestigungsbereich 65 aufweisende Platte ausgebildet und hat keine Schnapphaken. An der Außenseite 62 des Membranträgers 6 liegt, radial beabstandet zum Rand, ein umlaufender Absatz vor, der eine axial ausgerichtete Schweißfläche bereitstellt. Die Verbindung zur Innenseite 12 des Grundkörpers 1 erfolgt nun in der Kontaktzone dieser Schweißfläche zum Grundkörper 1 (siehe Fig. 14). Die Verschweißung kann insbesondere durch Vibrationsschweißen bzw. Ultraschallschweißen erfolgen, wobei aufgrund der im Zusammenbau gut zugänglichen Innenseite 61 des Membranträgers 6 ein entsprechendes Schweißwerkzeug problemlos angesetzt werden kann.
Die sich radial außerhalb des Absatzes des Membranträgers 6 umlaufend ausgebildete Stufe kann als Materialfangzone wirken um Schweißaustrieb zurückzuhalten.
In den Fig. 16 bis Fig. 19 ist schließlich eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Entgasungseinheit 10 gezeigt. Diese unterscheidet sich grundlegend von den weiteren Ausführungsformen.
Zwar ist die Membran 4 auch an einem von dem Grundkörper 1 separaten Membranträger 6 angeordnet, der von einer Innenseite I der Entgasungseinheit 10 her mit dem Grundkörper 1 gekoppelt ist, jedoch ist der Membranträger 6 nicht einteilig mit der Membran Stützvorrichtung 2, sondern einteilig mit dem Notentgasungsdorn 19 ausgeführt. Der Membranträger 6 ist von einer Innenseite 12 des Grundkörpers 1 her in einen umlaufenden Aufnahmebereich des Grundkörpers 1 eingeführt, wobei in dem Aufnahmebereich ein radial einragender Bund vorliegt, an dem der Membranträger 6 mit seiner Außenseite 62 axial zur Anlage kommt.
An seiner Innenseite 61 wird der Membranträger 6 durch einen Kontakt zu der Membranstützvorrichtung 2 gehalten, die diesen in dem Aufnahmebereich des Grundkörpers 1 verspannt.
Die Membranstützvorrichtung 2 ist hier insbesondere als Metallbauteil ausgebildet und ist direkt mit dem Grundkörper 1 verbunden. Die Verbindung der Membranstützvorrichtung 2 und dem Grundkörper 1 erfolgt über Nietverbindungen 23, die bei dem Kunststoffmaterial des Grundkörpers 1 besonders einfach und prozesssicher erzeugt werden können.
Die Abdichtung des Membranträgers 6 gegenüber dem Grundkörper 1 erfolgt analog zur ersten Ausführungsform durch ein in einer Dichtungsnut 661 am Außenumfang des Membranträgers 6 vorgesehenes Dichtelement 661 , welches im Zusammenbau radial gegenüber einer Wandung des Aufnahmebereichs des Grundkörpers 1 dichtet.
Die Gehäusedichtung 5 liegt gemäß der vierten Ausführungsform der Entgasungseinheit 10 direkt am Grundkörper 1 vor. Diese ist in einer umlaufenden Dichtungsnut 51 an der Innenseite 12 des Grundkörpers 1 angeordnet und umgibt die Gasdurchtrittsöffnung 15 vollumfänglich.
Die Abdeckhaube 3, welche zumindest eine Be-/Entlüftungsöffnung 31 bereitstellt, ist an der Außenseite 62 des Membranträgers 6 mit dem Membranträger 6 verbunden, wobei
die Verbindung durch einen Eingriff von am Membranträger 6 vorgesehenen Rastelementen 60 an der Abdeckhaube erfolgt.
Die vierte Ausführungsform erweitert das Spektrum der Eigenschaften der Entgasungseinheit, welche durch die modulare Bauweise beeinflusst werden können, um eine Einstellung des Notentgasungsverhaltens (Form und Abstand der Spitze 191 des Notentgasungsdorns 19 von der äußeren Membranoberfläche 41).
Allen Ausführungsformen gemein ist die separate Ausbildung des Membranträgers 6 vom Grundkörper 1. Diese Bauweise vereinfacht die Herstellung der erfindungsgemäßen Entgasungseinheit 10 deutlich, da die Verschweißung der Membran 4 nicht direkt in den Grundkörper 1 erfolgt, sondern in den separaten Membranträger 6. Der Schweißprozess am Membranträger 6 ist deutlich kostengünstiger und schneller möglich, da dieser keine Störkonturen hat, die den Eingriff der Schweißwerkzeuge beeinträchtigen könnten. Ferner ergibt sich der Vorteil, dass durch die erfindungsgemäße Bauweise im Grundkörper 1 keine Freiräume zum Angriff der Schweißwerkzeuge vorgesehen werden müssen, sodass der Grundkörper 1 zudem deutlich kleiner gebaut werden kann.
Es werden durch die erfindungsgemäße Bauweise jedoch auch der Schweißung nachgelagerte Prozessschritte in der Herstellung vereinfacht; insbesondere eine Dichteprüfung der Membranverschweißung kann bei der separaten Anordnung der Membran 4 am Membranträger 6 deutlich einfacher und schneller erfolgen als bei der bekannten Anordnung der Membran 4 direkt am Grundkörper 1 .
Darüber hinaus ermöglicht es das der Erfindung zu Grunde liegende Konzept der getrennten Bauweise von Membranträger 6 und Grundkörper 1 durch den Einsatz unterschiedlich ausgelegter Kombinationen aus Membranträger 6 und Membran 4 mit einem sehr geringen Aufwand Varianten der erfindungsgemäßen Entgasungseinheit 10 erzeugen, wobei der Grundkörper bei allen Varianten als Gleichteil dient. Durch eine individuelle Anpassung der Einheit aus Membranträger 6 und Membran 4 können die wichtigsten Funktionsparameter der Entgasungseinheit 10 eingestellt werden, unter anderem deren Entgasungsverhalten (Berstdruck), der effektive Durchlassquerschnitt, Typ und mechanische Eigenschaften der Membran 4.
Durch das erfindungsgemäße Konzept können daher individuelle Anforderungen an die Spezifikationen der Entgasungseinheit 10 zielgerichtet und mit geringer Vorlaufzeit umgesetzt werden.
In den Fig. 20 bis Fig. 24 ist schließlich eine fünfte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Entgasungseinheit 10 dargestellt, die sich in vielerlei Hinsicht von den weiteren hierin beschriebenen Ausführungsformen unterscheidet.
Zunächst ist der Membranträger 6 von einer Außenseite 13 des Grundkörpers 1 her mit dem Grundkörper 1 verbunden, sodass der Membranträger 6 in-situ, d.h. während der Grundkörper 1 an einem Batteriegehäuse montiert ist, ausgetauscht werden kann, was in Fig. 20 angedeutet ist. Der Membranträger 6 ist hierbei über eine Bajonettverbindung 63‘ (siehe Fig. 21) mit dem Grundkörper 1 verbunden. In Fig. 20 ist der Membranträger 6 in einem mit dem Grundkörper 1 verbundenen Zustand dargestellt; um diesen von dem Grundkörper 1 zu trennen - etwa um eine defekte Membran 4 auszutauschen - wird der Membranträger 6 zunächst in einer ersten Bewegungsphase gegenüber dem Grundkörper 1 in einer Öffnungsdrehrichtung O verdreht, welche im Beispiel gegen den Uhrzeigersinn bzw. in der mathematisch positive Drehrichtung verläuft. In einer zweiten Bewegungsphase kann der Membranträger 6 in Axialrichtung entnommen werden.
Um die Drehung zu erleichtern und ein ggf. erhebliches Lösedrehmoment einzuleiten weist der Membranträger 6 einen Werkzeugeingriffsbereich 600 auf, in dem ein Innensechsrund und/oder Außensechsrund vorliegt. In nicht figurativ gezeigten Ausführungen kann es sich bei dem Werkzeugeingriffsbereich 600 jedoch auch um jede andere dem Fachmann zur Einleitung eines Drehmoments geeignete Kontur handeln. Insbesondere ist es auch möglich, dass der Werkzeugeingriffsbereich 600 eine proprietäre Eingriffskontur aufweist, die nicht mit Standardwerkzeugen bedient werden kann.
Die Entgasungseinheit weist zwei räumlich getrennte Bereiche von Be- /Entlüftungsöffnungen 31 auf. Ein erster Bereich mit Be-/Entlüftungsöffnungen 31 liegt in einem Ringraum zwischen dem Werkzeugeingriffsbereich 600 und der Abdeckhaube 3 vor.
Die Abdeckhaube 3 hat eine zentrische Aussparung, durch die der
Werkzeugeingriffsbereich 600 des Membranträgers 6 ragt.
Ein zweiter Bereich mit Be-/Entlüftungsöffnungen 31 liegt in einem Ringraum zwischen der Abdeckhaube 3 und dem Membranträger 6 vor.
Mit anderen Worten kann es sich bei dem ersten Bereich mit Be-/Entlüftungsöffnungen 31 um einen radial innenliegenden Bereich handeln und bei dem zweiten Bereich mit Be- /Entlüftungsöffnungen 31 um einen radial außenliegenden Bereich.
In der isometrischen Teilschnittansicht der Fig. 21 sind die zu den Be- /Entlüftungsöffnungen 31 führenden Entgasungsfluidpfade D sowie die Bajonettverbindung 63‘ zu erkennen.
Die Bajonettverbindung 63‘ umfasst erste Bajonettverbindungsmittel 631 ‘ am Grundkörper 1 und zweite Bajonettverbindungsmittel 632‘ am Membranträger 6, die zusammen die Bajonettverbindung 63‘ bilden. In ihrem in Fig. 21 gezeigten Sperrzustand hintergreifen die zweiten Bajonettverbindungsmittel 632‘ des Membranträgers 6 die ersten Bajonettverbindungsmittel 631 ‘ des Grundkörpers 1 , wodurch ein axialer Bewegungsfreiheitsgrad des Membranträgers 6 gegenüber dem Grundkörper 1 gesperrt wird.
Die Abdeckhaube 3 ist über eine Mehrzahl von über den Umfang verteilt angeordneter Schnappverbindungen mit dem Membranträger 6 verbunden.
Der Membranträger 6 ist um die Gasdurchtrittsöffnung umlaufend fluiddicht gegenüber dem Grundkörper 1 abgedichtet, wobei ein axial wirksames Dichtelement 66 vorgesehen ist, das in einer korrespondierenden Dichtungsnut 661 des Grundkörpers 1 aufgenommen ist. Ein Nutgrund der Dichtungsnut 661 stellt eine erste umlaufende Anlagefläche für die Dichtung 66 bereit, während ein radial abstehender Kragen 662 des Membranträgers 6 eine zweite umlaufende Dichtungsfläche für die Dichtung 66 bereit stellt.
Die in Axialrichtung wirkende Dichtungsvorspannkraft wird durch die Bajonettverbindung 63‘ erzeugt.
Die Membran 4 ist wiederum innenseitig von einer fluiddurchlässigen Membranstützvorrichtung 2 Übergriffen, welche in einem vorbestimmten Abstand von der Membran 4 vorliegt. Die Membranstützvorrichtung 2 hat eine Vielzahl Gitterstege 21 , zwischen denen eine Vielzahl Gitteröffnungen 22 vorliegt. Die Membranstützvorrichtung 2 ist insbesondere als Metallbauteil ausgebildet und ist direkt mit dem Grundkörper 1 verbunden, nämlich an der Grundkörper-Innenseite 12. Die Verbindung der Membranstützvorrichtung 2 und dem Grundkörper 1 erfolgt über Nietverbindungen 23, die bei dem Kunststoffmaterial des Grundkörpers 1 besonders einfach und prozesssicher erzeugt werden können.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 22 wird die fünfte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Entgasungseinheit 10 weiter beschrieben. Hierbei ist der Membranträger 6 in einem von dem Grundkörper 1 getrennten Zustand gezeigt, wobei sich die Bajonettverbindung 63‘ in ihrem Lösezustand befindet. Die Dichtung 66, welche den Membranträger 6 im Montagezustand umlaufend gegenüber dem Grundkörper 1 abdichtet ist in ihrer Dichtungsnut benachbart zur Gasdurchtrittsöffnung 15 angeordnet.
Am Membranträger 6 ist eine Mehrzahl zweiter Bajonettverbindungsmittel 632‘ ausgebildet, während am Grundkörper 1 eine Mehrzahl erster Bajonettverbindungsmittel 631 ‘ ausgebildet ist. Um den Membranträger 6 mit dem Grundkörper 1 zu koppeln wird der Membranträger 6 in einer ersten Bewegungsphase in Axialrichtung in die Gasdurchtrittsöffnung 15 eingeführt, wobei die zweiten Bajonettverbindungsmittel 632‘ des Membranträgers 6 durch Zwischenräume zwischen den ersten Bajonettverbindungsmitteln 631 ‘ des Grundkörpers 1 hindurch tauchen. In einer zweiten Bewegungsphase wird der Membranträger 6 dann im Uhrzeigersinn bzw. in mathematisch negativer Drehrichtung gegenüber dem Grundkörper 1 verdreht, wodurch die Bajonettverbindung 63‘ gesperrt wird.
Die ersten und zweiten Bajonettverbindungsmittel 631 ‘,632‘ umfassen jeweils eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Sicherungswand, die im Wesentlichen in einer sich parallel zur Membran 4 und/oder Membranstützvorrichtung 2 erstreckenden Ebene verläuft. Durch oben beschriebenes Verdrehen des Membranträgers 6 wird erreicht, dass die Sicherungswände der zweiten Bajonettverbindungsmittel 632‘ des Membranträgers 6 axial
hinter die Sicherungswände der ersten Bajonettverbindungsmittel 631 ‘ des Grundkörpers verlagert werden, das die formschlüssige Sperrung in Axialrichtung bewirkt.
Zumindest eines der zweiten Bajonettverbindungsmittel 632‘ des Membranträgers 6 umfasst einen Drehwinkelanschlag 634‘, der eine bestimmungsgemäße Drehwinkelendlage des Membranträgers 6 vorgibt. Der Drehwinkelanschlag 634‘ ist in Form eines sich an die Sicherungswand zumindest eines zweiten Bajonettverbindungsmittels 632‘ anschließende Sperrwand ausgebildet, die sich in Axialrichtung oder unter einem spitzen Winkel zur Axialrichtung erstreckt.
Ferner umfassen die zweiten Bajonettverbindungsmittel 632‘ des Membranträgers 6 zumindest einen in Umfangsrichtung verlaufenden Rampenabschnitt 633‘, der dazu ausgebildet ist, eine relative Drehbewegung des Membranträgers 6 gegenüber dem Grundkörper 1 in eine axial gerichtete Anpresskraft zu umzuwandeln. Der Rampenabschnitt 633‘ ermöglicht es also, durch Verdrehung des Membranträgers 6 die axial wirksame Dichtung 66 zwischen Membranträger 6 und Grundkörper 1 vorzuspannen.
Zumindest eines der zweiten Bajonettverbindungsmittel 632‘ des Membranträgers 6 umfasst einen Drehwinkelanschlag 634‘. Bevorzugt umfassen zwei insbesondere umfänglich gegenüberliegende zweite Bajonettverbindungsmittel 632‘ einen Drehwinkelanschlag 634‘, während zwei weitere zweite Bajonettverbindungsmittel 632‘ jeweils einen Rampenabschnitt 633‘ aufweisen.
Fig. 23 zeigt die erfindungsgemäße Entgasungseinheit 10 nach der fünften Ausführungsform in einer isometrischen Ansicht von der Innenseite I her. Die Funktion und Befestigung der fluiddurchlässigen Membranstützvorrichtung 2 entspricht im Wesentlichen der hierin weiter oben beschriebenen vierten Ausführungsform.
In Fig. 24 ist der Membranträger 6 der erfindungsgemäßen Entgasungseinheit 10 in Alleinstellung in einer isometrischen Ansicht gezeigt. Es ist ersichtlich, dass über den Umfang verteilt vier zweite Bajonettverbindungsmittel 632‘ vorliegen, die insbesondere um gleichmäßige Winkelabstände voneinander beabstandet sind. An seiner Innenseite 61 trägt der Membranträger 6 die Membran 4, die umlaufend fluiddicht stoffschlüssig mit
dem Membranträger 6 verbunden ist, insbesondere verschweißt, verklebt oder mit einem Material des Membranträgers 6 umspritzt.
Bezugszeichenliste
10 Entgasungseinheit
1 Grundkörper
11 Befestigungsmitteleinwirkungsbereich
111 Verstärkungshülse
12 Grundkörper-Innenseite
13 Grundkörper-Außenseite
14 Hintergriffabschnitt der Schnappverbindung
15 Gasdurchtrittsöffnung
19 Notentgasungsdorn
191 Spitze des Notentgasungsdorns
2 Membranstützvorrichtung
21 Gitterstege
22 Gitteröffnungen
23 Nietverbindung
3 Abdeckhaube
31 Be-/Entlüftungsöffnungen
4 Membran
41 Äußere Membranoberfläche
42 Innere Membranoberfläche
5 Gehäusedichtung
51 Gehäusedichtungsnut des Grundkörpers
6 Membranträger
600 Werkzeugeingriffsbereich
60 Rastelemente des Membranträgers
61 Innenseite des Membranträgers
62 Außenseite des Membranträgers
63 Schnappverbindung
631 Schnapphaken
632 Verbindungsabschnitt
63‘ Bajonettverbindung
631 ‘ Erste Bajonettverbindungsmittel
632‘ Zweite Bajonettverbindungsmittel
633‘ Rampenabschnitt
634‘ Drehwinkelanschlag
64 Gasdurchlassbereich
65 Membranbefestigungsbereich
66 Dichtelement / O-Ring
661 Dichtungsnut
662 Kragen des Membranträgers
67 Dichtlippe / 2K-Dichtlippe
68 Schweißverbindung / Schweißnaht
69 Gehäuedichtungsnut des Membranträgers
I Innenseite der Entgasungseinheit A Außenseite der Entgasungseinheit
O Öffnungsdrehrichtung
D Entgasungsfluidpfad