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Die Erfindung betrifft ein Sicherheitsventil für ein Gehäuse, zum Freigeben einer Gehäuseöffnung des Gehäuses bei Erreichen oder Überschreiten eines definierten Berstdrucks in dem Gehäuse. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Energiespeicher zur Speicherung elektrischer Energie.
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Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift
EP 1 321 993 B1 bekannt. Diese betrifft ein Zellensicherheitsventil, das eine Ventilplatte mit einer Dicke, eine auf der Ventilplatte ausgebildete Bruchnut und eine oder mehr Bruchhilfsnuten in einem Innenbereich der Bruchnut umfasst, wobei die Bruchhilfsnut derartige Ausbildungen umfasst, dass eine verbleibende Dicke der Ventilplatte an der Bruchhilfsnut dicker ist als eine verbleibende Dicke der Ventilplatte an der Bruchnut, und zumindest ein Ende der Bruchhilfsnut mit der Bruchnut verbunden ist. Dabei ist vorgesehen, dass die auf der Ventilplatte ausgebildete Bruchnut eine ringförmige Bruchnut ist, und ein Bodenabschnitt der Bruchhilfsnut der Ventilplatte breiter ist als ein Bodenabschnitt der Bruchnut der Ventilplatte.
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Weiterhin ist aus der Druckschrift
DE 10 2015 221 738 A1 eine Berstvorrichtung bekannt, die zum Aufbersten unter Druckeinwirkung geeignet ist, aufweisend eine Berstscheibe, wobei die Berstscheibe mindestens eine Berstaussparung zum Aufbersten unter Druckeinwirkung aufweist, wobei die mindestens eine Berstaussparung mittels einer Abtragevorrichtung erzeugt wurde, wobei die Berstscheibe mindestens eine von der Berstaussparung verschiedene Kalibrieraussparung zum Kalibrieren der Abtragevorrichtung aufweist.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Sicherheitsventil für ein Gehäuse vorzuschlagen, welches gegenüber bekannten Sicherheitsventilen Vorteile aufweist, insbesondere einfach herzustellen und an dem Gehäuse zu montieren ist.
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Dies wird erfindungsgemäß mit einem Sicherheitsventil für ein Gehäuse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass in einem aus einem Elastomer bestehenden Grundkörper des Sicherheitsventils eine in Umfangsrichtung durchgehende Aufnahmenut zur formschlüssigen Aufnahme eines Haltestegs des Gehäuses ausgebildet ist.
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Das Sicherheitsventil dient dem fluiddichten Verschließen des Gehäuses beziehungsweise einer Gehäuseöffnung des Gehäuses. Das Sicherheitsventil ist derart ausgebildet, dass es bei einem in dem Gehäuse vorliegenden Druck, welcher kleiner ist als der Berstdruck, das Gehäuse beziehungsweise die Gehäuseöffnung fluiddicht verschließt. Erreicht oder überschreitet der Druck in dem Gehäuse jedoch den Berstdruck, so öffnet das Sicherheitsventil und stellt eine Strömungsverbindung zwischen einem Gehäuseinnenraum des Gehäuses und einer Außenumgebung des Gehäuses her. Der in dem Gehäuse vorliegende Druck kann entsprechend über das Sicherheitsventil abgebaut werden.
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Das Gehäuse ist beispielsweise Bestandteil eines Energiespeichers zur Speicherung elektrischer Energie. Entsprechend ist in dem Gehäuse wenigstens eine Batteriezelle angeordnet, welche beispielsweise als Lithium-Ionen-Batteriezelle ausgebildet ist. Bevorzugt ist eine Vielzahl derartiger Batteriezellen in dem Gehäuse angeordnet. Durch das Gehäuse wird die Batteriezelle vor äußeren Einflüssen, wie beispielsweise Feuchtigkeit und/oder mechanischer Krafteinwirkung, geschützt. Zu diesem Zweck ist das Gehäuse dicht oder zumindest im Wesentlichen dicht ausgebildet.
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Um Druckunterschiede zwischen dem Innendruck in dem Gehäuseinnenraum und dem Umgebungsdruck in der Außenumgebung auszugleichen, kann das Gehäuse wenigstens ein Druckausgleichselement aufweisen. Dieses Druckausgleichselement kann Druckunterschiede ausgleichen, welche beispielsweise durch Temperaturschwankungen oder unterschiedliche Umgebungsdrücke hervorgerufen werden. Ein solches Druckausgleichselement weist beispielsweise wenigstens ein verformbares beziehungsweise komprimierbares Element auf. Das Druckausgleichselement verschließt das Gehäuse jedoch vorzugsweise dicht oder ist in dem dichten Gehäuse angeordnet.
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Kommt es in dem Gehäuse zu einem plötzlichen und/oder starken Druckanstieg des Innendrucks, beispielsweise verursacht durch eine mechanische Beschädigung, eine starke Erhitzung, eine Überladung oder dergleichen der Batteriezelle, so kann dieser Druckanstieg nicht mehr allein durch das Druckausgleichselement ausgeglichen werden beziehungsweise wäre eine sehr hohe Anzahl an Druckausgleichselementen notwendig. Um trotz des Druckanstiegs ein unkontrolliertes Entgasen oder sogar ein Bersten des Gehäuses zu verhindern, ist daher das Sicherheitsventil vorgesehen. Grundsätzlich ist es möglich, ein Berstelement als Sicherheitsventil zu verwenden.
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Das erfindungsgemäße Sicherheitsventil verfügt beispielsweise über den Grundkörper, in dem die Druckentlastungsöffnung ausgebildet ist. Die Druckentlastungsöffnung ist zunächst mit der Membran verschlossen. Die Membran ist einstückig und materialeinheitlich mit dem Grundkörper ausgebildet. Sie ist derart ausgestaltet, dass sie reißt, sobald der Innendruck in dem Gehäuse den Berstdruck erreicht. Der Berstdruck ist hierbei in Form eines Relativdrucks angegeben, nämlich relativ zu dem Umgebungsdruck. Anstelle von dem Berstdruck könnte insoweit auch von einer Berstdruckdifferenz gesprochen werden, bei deren Erreichen oder Überschreiten durch eine Druckdifferent zwischen dem Innendruck und dem Umgebungsdruck die Membran reißt.
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Es kann alternativ zu der die Membran aufweisenden Ausgestaltung des Sicherheitsventils auch vorgesehen sein, dass das Sicherheitsventil sich als Ganzes von dem Gehäuse löst, sobald der Berstdruck erreicht oder überschritten ist. In diesem Fall sind der Grundkörper und die in diesem vorliegende Aufnahmenut derart ausgebildet, dass sich die formschlüssige Verbindung zu dem Gehäuse löst, sobald der Berstdruck erreicht ist. Zudem ist das Sicherheitsventil derart ausgestaltet, dass es bei gelöster Verbindung von dem in dem Gehäuse vorliegenden Druck aus der Gehäuseöffnung herausverlagert wird.
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Um das Sicherheitsventil einfach und schnell an dem Gehäuse befestigen zu können, ist es in jedem Fall vorgesehen, dass in dem Grundkörper die Aufnahmenut ausgebildet ist, welche zur formschlüssigen Aufnahme des Haltestegs des Gehäuses dient. In anderen Worten ist eine formschlüssige Befestigung des Sicherheitsventils beziehungsweise seines Grundkörpers an dem Gehäuse vorgesehen. Das Sicherheitsventil kann insoweit durch Aufstecken auf das Gehäuse oder durch Einstecken in die Gehäuseöffnung auf einfache Art und Weise in dem Gehäuse befestigt werden.
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Um ein einfaches Aufbringen beziehungsweise Einbringen des Sicherheitsventils zu ermöglichen, ist der Grundkörper elastisch ausgebildet und besteht hierzu aus dem Elastomer. Weil die Membran - bei der die Membran aufweisenden Ausführung des Sicherheitsventils - einstückig und materialeinheitlich mit dem Grundkörper ausgebildet ist, besteht auch sie aus dem Elastomer, nämlich demselben Elastomer wie der Grundkörper. Bevorzugt ist das gesamte Sicherheitsventil - unabhängig von der sonstigen Ausgestaltung - einstückig und materialeinheitlich ausgebildet, besteht also ganzheitlich aus dem Elastomer. Dies ermöglicht eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung des Sicherheitsventils, beispielsweise durch Spritzgießen oder dergleichen.
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Die Elastizität des Grundkörpers ermöglicht zum einen ein einfaches Einbringen des Haltestegs des Gehäuses in die Aufnahme, um das Sicherheitsventil formschlüssig an dem Gehäuse zu befestigen. Zum anderen stellt die Elastizität des Grundkörpers eine zuverlässige Abdichtung des Gehäuses beziehungsweise der Gehäuseöffnung sicher. Bevorzugt ist hierzu die Aufnahmenut mit Untermaß zu dem Haltesteg ausgebildet, sodass der Grundkörper nach seiner Montage an dem Gehäuse aufgrund seiner Elastizität durchgehend an das Gehäuse, insbesondere an den Haltesteg, gedrängt wird. Es müssen insoweit nach der Montage des Sicherheitsventils in oder an der Gehäuseöffnung keine zusätzlichen Maßnahmen zu der Abdichtung der Gehäusedichtung getroffen werden.
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Zum einen ist das beschriebene Sicherheitsventil äußerst kostengünstig herstellbar, weil es bevorzugt aus einem einzigen Teil besteht, welches beispielsweise durch Spritzgießen hergestellt ist. Zum anderen ist auch eine einfache Montage des Sicherheitsventils an dem Gehäuse umgesetzt, weil ein einfaches Aufstecken oder Einstecken an oder in das Gehäuse ausreicht, um dieses zuverlässig und die Gehäuseöffnung abdichtend an dem Gehäuse zu befestigen.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Elastomer als EPDM vorliegt. Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuke (EPDM) eignen sich in besonderem Maße für Abdichtungen. Sie zeichnen sich durch hohe Beständigkeit gegenüber äußeren Einflüssen und hohen Temperaturen aus. Die Verwendung eines solchen Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuks zur Ausbildung des Grundkörpers und der Membran stellt eine hervorragende Lebensdauer des Sicherheitsventils sicher.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht einen Grundkörper vor, in dem eine Druckentlastungsöffnung ausgebildet ist, die mit einer einstückig und materialeinheitlich mit dem Grundkörper und zum Reißen bei einem definierten Berstdruck ausgebildeten Membran verschlossen ist. Hierauf wurde vorstehend bereits hingewiesen. Eine solche Ausgestaltung ermöglicht eine besonders genaue Definition des Berstdrucks.
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Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Aufnahmenut in radialer Richtung nach innen, insbesondere in Richtung der Druckentlastungsöffnung offen ist oder in radialer Richtung nach außen offen, insbesondere auf der der Druckentlastungsöffnung abgewandten Seite des Sicherheitsventils ausgebildet ist. In ersterem Fall ist die Aufnahmenut also in radialer Richtung bezüglich einer Längsmittelachse des Sicherheitsventils beziehungsweise der Druckentlastungsöffnung nach innen geöffnet, in letzterem Fall nach außen.
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Die nach innen geöffnete Ausführungsform der Aufnahmenut ermöglicht beispielsweise ein Aufstecken des Sicherheitsventils auf einen Aufnahmestutzen des Gehäuses, welcher einen in radialer Richtung nach außen gerichteten Haltesteg aufweist. Eine derartige Ausgestaltung zeichnet sich insbesondere durch eine besonders einfache Montage aus, weil der Grundkörper bei dem Aufbringen des Sicherheitsventils auf den Aufnahmestutzen in radialer Richtung nach außen aufgeweitet wird. Zur Montage des Sicherheitsventils in insoweit lediglich eine geringe Montagekraft notwendig.
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Ist die Aufnahmenut in radialer Richtung nach außen geöffnet, so ist das Sicherheitsventil vorzugsweise zur Einbringung in die Gehäuseöffnung des Gehäuses vorgesehen. Der Haltesteg liegt in diesem Fall in Form eines Rands der Gehäuseöffnung vor. Bei einer derartigen Ausgestaltung des Sicherheitsventils wird der Grundkörper bei der Montage des Sicherheitsventils in radialer Richtung nach innen verformt. Hierzu ist das Aufbringen einer größeren Montagekraft notwendig als bei der erstgenannten Ausführungsform. Allerdings ist umgekehrt auch eine bessere Abdichtung der Gehäuseöffnung durch das Sicherheitsventil realisiert.
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Eine bevorzugte weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Haltesteg in Form eines Rands einer in einer Wand des Gehäuses ausgebildeten Gehäuseöffnung oder eines Formschlussvorsprungs eines Aufnahmestutzens des Gehäuses vorliegt. Hierauf wurde vorstehend bereits hingewiesen. Der Rand der in dem Gehäuse randgeschlossen ausgebildeten Gehäuseöffnung dient bevorzugt für eine Ausführungsform des Sicherheitsventils als Haltesteg, bei welcher die Aufnahmenut in die von der Druckentlastungsöffnung abgewandte Richtung geöffnet ist. Diese Variante zeichnet sich neben den bereits genannten Vorteilen durch eine einfache Ausgestaltung des Gehäuses aus, weil lediglich die Gehäuseöffnung in der Wand des Gehäuses auszubilden ist. Alternativ kann der Haltesteg an dem Aufnahmestutzen des Gehäuses ausgebildet sein und dort in Form des Formschlussvorsprungs vorliegen. Der Formschlussvorsprung umgreift bevorzugt den Aufnahmestutzen in Umfangsrichtung vollständig, ist also durchgehend ausgebildet, um einen festen und dichten Sitz des Sicherheitsventils an dem Gehäuse zu realisieren.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Aufnahmenut - im Längsschnitt durch das Sicherheitsventil gesehen - einerseits von einem ersten Steg und andererseits von einem von dem ersten Steg beabstandet angeordneten zweiten Steg begrenzt ist, wobei die Stege von dem Grundkörper ausgehen und an dem ersten Steg auf seiner der Aufnahmenut abgewandten Seite eine Auflaufschräge ausgebildet ist, sodass der erste Steg bei einem Einpressen des Sicherheitsventils in die Gehäuseöffnung oder bei einem Aufpressen auf den Aufnahmestutzen elastisch ausfedert.
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Die Aufnahmenut wird axialer Richtung bezüglich der Längsmittelachse gesehen von den beiden Stegen, also dem ersten Steg und dem zweiten Steg, begrenzt. Die beiden Stege sind hierbei beabstandet voneinander angeordnet, insbesondere verlaufen sie parallel oder zumindest nahezu parallel zueinander. Die Stege gehen von dem Grundkörper aus, werden also über diesen, vorzugsweise ausschließlich über diesen, miteinander verbunden.
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Der Abstand zwischen den Stegen ist vorzugsweise derart bemessen, dass nach dem Einbringen des Haltestegs in die Aufnahmenut der erste Steg einerseits an dem Haltesteg und der zweite Steg andererseits an dem Haltesteg anliegt. Vorzugsweise ist der Abstand zwischen den Stegen im entspannten Zustand des Sicherheitsventils kleiner als die Erstreckung des Haltestegs in axialer Richtung, sodass nach der Montage des Sicherheitsventils an dem Gehäuse der Haltesteg klemmend zwischen den Stegen gehalten ist.
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Um ein Einbringen des Haltestegs in die Aufnahmenut zu vereinfachen, ist an einem der Stege, nämlich dem ersten Steg, die Auflaufschräge ausgebildet. Diese ist der Aufnahmenut in axialer Richtung gesehen abgewandt, sodass der erste Steg von dem Haltesteg elastisch ausgelenkt wird, wenn das Sicherheitsventil montiert wird. Insoweit ist eine äußerst einfache Montage des Sicherheitsventils an dem Gehäuse sichergestellt.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass sich an den zweiten Steg ein Dichtungssteg anschließt, oder der Dichtungssteg auf der dem zweiten Steg abgewandten Seite des Grundkörpers angeordnet ist, wobei der Dichtungssteg im Längsschnitt gesehen die Aufnahmenut und/oder den ersten Steg zumindest teilweise übergreift. Der Dichtungssteg dient dem Abdichten der Gehäuseöffnung nach der Montage des Sicherheitsventils. Der Dichtungssteg ist insbesondere derart ausgestaltet, dass er sich nach der Montage des Sicherheitsventils an dem Gehäuse an eine Wand des Gehäuses anschmiegt, wobei die Wand die Gehäuseöffnung oder den Aufnahmestutzen aufweist.
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Der Dichtungssteg kann sich beispielsweise unmittelbar an den zweiten Steg anschließen beziehungsweise sich von diesem ausgehend in radialer Richtung nach außen erstrecken. Alternativ ist es selbstverständlich möglich, dass der Dichtungssteg von dem Grundkörper ausgeht. Auch hier erstreckt er sich jedoch bevorzugt in radialer Richtung nach außen. Insbesondere im ersteren Fall ist es vorgesehen, dass der Dichtungssteg in axialer Richtung die Aufnahmenut und/oder den ersten Steg zumindest teilweise übergreift.
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Vorzugsweise übergreift der Dichtungssteg die Aufnahmenut vollständig und den ersten Steg zumindest teilweise. Bei der Montage des Sicherheitsventils an dem Gehäuse wird entsprechend der Dichtungssteg elastisch durch das Gehäuse ausgelenkt, sodass er nachfolgend zuverlässig dichtend an diesem beziehungsweise der Wand des Gehäuses anliegt. Ist der Dichtungssteg auf der dem zweiten Steg abgewandten Seite des Grundkörpers angeordnet, so übergreift der Dichtungssteg in axialer Richtung gesehen vorzugsweise den ersten Steg vollständig. Der Dichtungssteg ist vorzugsweise in Umfangsrichtung durchgehend ausgebildet, um eine besonders gute Dichtwirkung zu erzielen.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass in der Druckentlastungsöffnung mehrere elastisch verformbare Schließelemente angeordnet sind, die die Druckentlastungsöffnung in einer geschlossenen Stellung verschließen und in einer zweiten Stellung zur Durchströmung freigeben, wobei die Schließelemente in der ersten Stellung mittels der Membran miteinander verbunden und in der ersten Stellung gehalten sind. Die Druckentlastungsöffnung wird insoweit nicht allein von der Membran verschlossen. Vielmehr sind zusätzlich die Schließelemente vorgesehen, welche zumindest bereichsweise elastisch verformbar sind. Bevorzugt sind die Schließelemente elastisch verformbar an dem Grundkörper ausgebildet beziehungsweise gehen von diesem aus.
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In der ersten Stellung liegen die Schließelemente derart aneinander an, dass sie die Druckentlastungsöffnung vollständig verschließen. Die Schließelemente werden von der Membran aneinander gehalten und in der ersten Stellung gehalten. Die Membran stellt insoweit zum einen sicher, dass die Schließelemente in der ersten Stellung verbleiben, solange der Innendruck kleiner ist als der Berstdruck. Zum anderen beseitigt die Membran verbleibende Strömungswege zwischen den Schließelementen, falls diese nicht vollständig dichtend aneinander anliegen.
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Die Membran dient also nicht nur dem fluiddichten Verschließen der Druckentlastungsöffnung, sondern auch dem Halten der Schließelemente in der ersten Stellung, wobei die Schließelemente zu dem fluiddichten Verschließen der Druckentlastungsöffnung beitragen oder zumindest beitragen können. Die Schließelemente weisen vorzugsweise eine deutlich größere Wandstärke auf als die Membran, insbesondere ist die Wandstärke der Schließelemente um einen Faktor von mindestens 2, mindestens 3, mindestens 4, mindestens 5, mindestens 10, mindestens 25, mindestens 50 oder mindestens 100 größer als die Wandstärke der Membran.
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Die Schließelemente sind derart ausgestaltet und an dem Grundkörper angeordnet, dass sie nach dem Bersten der Membran durch das aus dem Gehäuse entweichende Fluid in Richtung der zweiten Stellung gedrängt werden können. Sie sind jedoch elastisch derart ausgestaltet, dass ihre Elastizität sie in Richtung der ersten Stellung drängt. Nach dem Entweichen des Fluids aus dem Gehäuse und entsprechend der Herstellung des Druckausgleichs liegen die Schließelemente insoweit vorzugsweise wieder in der ersten Stellung vor, in welcher sie die Druckentlastungsöffnung verschließen. Aufgrund des Berstens der Membran geben sie nun jedoch die Druckentlastungsöffnung bereits bei einem Öffnungsdruck frei, welcher deutlich kleiner ist als der Berstdruck. Die beschriebene Ausgestaltung des Sicherheitsventils hat den Vorteil, dass auch nach dem Bersten der Membran eine gewisse Dichtheit des Gehäuses sichergestellt ist.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass jedes der Schließelemente auf einem dem Grundkörper abgewandten Seite zwei elastisch miteinander verbundene Stege aufweist, die in Richtung des Grundkörpers ineinander übergehen. Die Stege sind auf ihrer dem Grundkörper angewandten Seite gegeneinander angewinkelt, beispielsweise stehen sie senkrecht aufeinander. Die Schließelemente sind insoweit im Wesentlichen V-förmig ausgestaltet. Die Wandstärke der Stege nimmt in Richtung des Grundkörpers zu, vorzugsweise kontinuierlich, sodass die Stege in Richtung des Grundkörpers ineinander übergehen und gemeinsam in den Grundkörper einlaufen. Durch diese Ausgestaltung wird ein zuverlässiges Freigeben der Druckentlastungsöffnung bei dem Bersten der Membran sichergestellt. Gleichzeitig wird eine ausreichende Elastizität der Schließelemente erzielt, um diese nach dem Druckausgleich wieder in die erste Stellung zu verlagern beziehungsweise zu drängen.
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Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass jeder der Stege in der ersten Stellung an einem der Stege eines anderen der Schließelemente anliegt und mit diesem über die Membran verbunden ist. Die Stege der beiden Schließelemente liegen in der ersten Stellung im Wesentlichen parallel zueinander vor und sind über die Membran miteinander verbunden. Eine derartige Ausgestaltung kann besonders einfach durch Spritzgießen hergestellt werden. Beispielsweise erfolgt das Herstellen des Sicherheitsventils nach Art einer Schlauchtülle, wobei jedoch im Unterschied zu dieser die Membran nach der Herstellung nicht entfernt wird. Dies ermöglicht eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung des Sicherheitsventils.
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Schließlich kann im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass das Sicherheitsventil als Spritzgussteil vorliegt. Dies ermöglicht - wie bereits erläutert - eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung des Sicherheitsventils.
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Die Erfindung betrifft weiterhin einen Energiespeicher zur Speicherung elektrischer Energie, mit wenigstens einer in einem geschlossenen Gehäuse angeordneten Batteriezelle und einem in einer Gehäuseöffnung des Gehäuses angeordneten Sicherheitsventil zum Freigeben einer Gehäuseöffnung des Gehäuses bei Erreichen oder Überschreiten eines definierten Berstdrucks in dem Gehäuse, insbesondere einem Sicherheitsventil gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung. Dabei ist vorgesehen, dass an einem aus Elastomer bestehenden Grundkörper des Sicherheitsventils eine in Umfangsrichtung durchgehende Aufnahmenut zur formschlüssigen Aufnahme eines Haltestegs des Gehäuses ausgebildet ist.
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Auf die Vorteile einer derartigen Ausgestaltung des Sicherheitsventils beziehungsweise des Energiespeichers wurde bereits hingewiesen. Sowohl der Energiespeicher als auch das Sicherheitsventil können gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass ein Beschränken der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines Sicherheitsventils für ein Gehäuse in einer ersten Ausführungsform,
- 2 eine schematische Schnittdarstellung des Sicherheitsventils in der ersten Ausführungsform,
- 3 eine schematische Darstellung des Sicherheitsventils in einer zweiten Ausführungsform,
- 4 eine schematische Darstellung des Sicherheitsventils in einer dritten Ausführungsform,
- 5 eine schematische Darstellung der dritten Ausführungsform des Sicherheitsventils in einer anderen Darstellung.
- 6 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform des Sicherheitsventils.
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Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Sicherheitsventils 1 für ein Gehäuse in einer ersten Ausführungsform. Das Sicherheitsventil 1 verfügt über einen Grundkörper 2, in dem eine hier nicht erkennbare Druckentlastungsöffnung 3 ausgebildet ist. Von dem Grundkörper 2 geht in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel mehrere Schließelemente 4, beispielsweise vier Schließelemente 4, aus. Die Schließelemente 4 sind einstückig und materialeinheitlich mit dem Grundkörper 2 ausgebildet. Dargestellt sind die Schließelemente 4 in einer ersten Stellung, in welcher sie die Druckentlastungsöffnung 3 verschließen. In der ersten Stellung sind sie mit einer Membran 5 verbunden, welche einstückig und materialeinheitlich mit ihnen und mit dem Grundkörper 2 ausgebildet ist.
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Die Membran 5 hält die Schließelemente 4 in der ersten Stellung, verhindert also zunächst ein Freigeben der Druckentlastungsöffnung 3 durch die Schließelemente 4. Die Membran 5 ist derart ausgebildet, dass sie bei einem definierten Berstdruck reißt, sodass nachfolgend eine Verlagerung der Schließelemente 4 aus der ersten Stellung heraus in Richtung einer zweiten Stellung, in welcher die Druckentlastungsöffnung 3 freigegeben ist, zugelassen wird.
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Zu erkennen ist hier, dass die Schließelemente 4 jeweils aus zwei elastisch miteinander verbundenen Stegen 6 und 7 bestehen, welche gegeneinander angewinkelt sind, sodass jedes der Schließelemente 4 im Wesentlichen eine V-Form aufweist. Die Stege 6 und 7 jedes der Schließelemente 4 sind elastisch miteinander verbunden und gehen in Richtung des Grundkörpers 2 ineinander über. Die Membran 5 ist derart an dem Sicherheitsventil ausgebildet, dass jeder der Stege 6 in der ersten Stellung der Schließelemente 4 mit dem jeweils benachbarten Steg 7 des entsprechenden Schließelements 4 verbindet.
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Um eine hinreichende Abdichtung des Gehäuses mittels des Sicherheitsventils 1 zu realisieren, verfügt das Sicherheitsventil 1 über einen Dichtungssteg 8, welcher in Umfangsrichtung bezüglich einer hier nicht dargestellten Längsmittelachse 9 des Sicherheitsventils 1 durchgehend ausgebildet ist. Der Dichtungssteg 8 bildet insoweit einen Dichtungsring aus.
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Die 2 zeigt eine schematische Längsschnittdarstellung des Sicherheitsventils 1 entlang der Längsmittelachse 9. Es ist erkennbar, dass in dem Grundkörper 2 eine in Umfangsrichtung durchgehende Aufnahmenut 10 zur formschlüssigen Aufnahme eines Haltestegs des Gehäuses ausgebildet ist. Die Aufnahmenut 10 liegt hierbei zwischen einem ersten Steg 11 und einem zweiten Steg 12 vor. Die Stege 11 und 12 sind von dem Grundkörper 2 ausgebildet und ragen in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel in die von der Druckentlastungsöffnung 3 abgewandte Richtung. Sie sind derart angeordnet und ausgebildet, dass die Aufnahmenut 10 in die von der Druckentlastungsöffnung 3 abgewandte Richtung geöffnet ist.
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Es ist deutlich erkennbar, dass der erste Steg 11 eine Auflaufschräge 13 aufweist, welche ein einfaches Montieren des Sicherheitsventils 1 ermöglicht, weil der erste Steg 11 bei der Montage des Sicherheitsventils 1 von dem Haltesteg des Gehäuses in radialer Richtung nach innen ausgelenkt wird, bis der Haltesteg die Aufnahmenut 10 erreicht hat. Es ist weiterhin zu erkennen, dass der Dichtungssteg 8 in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel von dem zweiten Steg 10 ausgeht, nämlich sich in radialer Richtung nach außen erstreckt. Der Dichtungssteg 8 ist dabei derart angeordnet und ausgerichtet, dass er die Aufnahmenut 10 in axialer Richtung gesehen vollständig und den ersten Steg 11 zumindest teilweise übergreift. Mit einer derartigen Ausgestaltung des Dichtungsstegs 8 ist sichergestellt, dass der Dichtungssteg 8 nach der Montage des Sicherheitsventils 1 an dem Gehäuse zuverlässig dichtend an dem Gehäuse beziehungsweise an der Wand des Gehäuses anliegt.
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Die 3 zeigt eine schematische Darstellung des Sicherheitsventils 1 in einer zweiten Ausführungsform. Diese ähnelt grundsätzlich der vorstehend beschriebenen, sodass auf die vorstehenden Ausführungen hingewiesen und nachfolgend lediglich auf die Unterschiede eingegangen wird. Diese liegen darin, dass die Aufnahmenut 10 nun nicht mehr in die von der Druckentlastungsöffnung 3 abgewandte Richtung offen ist, sondern vielmehr in Richtung der Druckentlastungsöffnung 3. Entsprechend ist das hier dargestellte Sicherheitsventil 1 in der zweiten Ausführungsform zum Aufbringen auf einen Aufnahmestutzen des Gehäuses ausgebildet, wobei der Haltesteg an dem Aufnahmestutzen ausgebildet ist. Zudem ist kein Dichtungssteg 8 vorhanden, wenngleich dieses selbstverständlich optional ausgebildet werden kann. Die Funktionsweise des Sicherheitsventils 1 in der zweiten Ausführungsform ist identisch oder zumindest im Wesentlichen identisch mit dem Sicherheitsventil 1 gemäß der ersten Ausführungsform.
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Die 4 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer dritten Ausführungsform des Sicherheitsventils 1. Grundsätzlich wird wiederum auf die vorstehenden Ausführungen Bezug genommen und nachfolgend lediglich auf die Unterschiede hingewiesen. Diese liegen darin, dass anstelle der Schließelemente 5 lediglich ein einziges Schließelement 14 vorliegt, welches über die Membran 5 mit dem Grundkörper 2, insbesondere dem zweiten Steg 12, verbunden ist. Wie bei der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform ist die Aufnahmenut 10 in radialer Richtung nach innen, also in Richtung der Druckentlastungsöffnung 3, geöffnet.
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Der Dichtungssteg 8, welcher wiederum vorhanden ist, erstreckt sich in radialer Richtung nach außen, nämlich ausgehend von dem Grundkörper 2. Er übergreift in axialer Richtung den ersten Steg 11 vollständig, um ein zuverlässiges Anliegen des Dichtungsstegs 8 an dem Gehäuse beziehungsweise der Wand des Gehäuses sicherzustellen. Selbstverständlich kann das Sicherheitsventil 1 der vierten Ausführungsform hinsichtlich der Ausrichtung der Aufnahmenut 10 alternativ auch analog zu der ersten Ausführungsform ausgestaltet sein, sodass sich die Aufnahmenut 10 in radialer Richtung nach außen öffnet. Auch die Stege 11 und 12 sind in diesem Fall gemäß den entsprechenden Ausführungen zu der ersten Ausführungsform ausgestaltet.
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Die 5 zeigte eine weitere schematische Darstellung der dritten Ausführungsform des Sicherheitsventils 1. Es ist erkennbar, dass die Membran 5 in Umfangsrichtung das Schließelement 14 nicht vollständig, sondern lediglich teilweise umgreift. Hierdurch ist das Schließelement in einem Anlenkbereich 15 unabhängig von der Membran 5 mit dem Grundkörper 2 verbunden, insbesondere elastisch schwenkbar über gelagert schwenkbar verbunden. Bei einem Reißen der Membran 5 aufgrund des erreichten Berstdrucks löst sich das Schließelement 14 nicht vollständig von dem Grundkörper 2, sondern ist vielmehr an diesem gehalten.
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Einerseits wird somit ein Verlust des Schließelements 14 und andererseits Beschädigungen anderer Elemente oder Verletzungen aufgrund eines sich lösenden Schließelements 14 zuverlässig verhindert. Beispielsweise umgreift die Membran 5 das Schließelement in Umfangsrichtung zu mindestens 315°, mindestens 330° oder mindestens 345° und der Anlenkbereich entsprechend zu höchstens 45°, höchstens 30° oder höchstens 15°.
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Die 6 zeigt eine vierte Ausführungsform des Sicherheitsventils 1. Hinsichtlich der Ausrichtung der Aufnahmenut 10 entspricht diese der ersten Ausführungsform, sodass grundsätzlich auf die entsprechenden Ausführungen verwiesen wird. Alternativ ist selbstverständlich auch eine Ausrichtung der Aufnahmenut 10 in radialer Richtung nach innen, gemäß der zweiten und der dritten Ausführungsform realisierbar. Auch hierzu wird auf die entsprechenden Ausführungen Bezug genommen.
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Im Unterschied zu den anderen Ausführungsformen weist die vierte Ausführungsform jedoch keine Druckentlastungsöffnung 3, keine Schließelemente 4 beziehungsweise kein Schließelement 14 und auch keine Membran 5 auf. Vielmehr wird das Sicherheitsventil 1 nach Art eines Stöpsels in die Gehäuseöffnung eingesetzt, wo es durch das Zusammenwirken der Aufnahmenut 10 beziehungsweise der Stege 11 und 12 einerseits und des Haltestegs andererseits gehalten ist. Der Dichtungssteg 8 liegt hierbei dichtend an dem Gehäuse an, sodass eine hervorragende Dichtheit bewirkt ist.
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Bei Erreichen oder Überschreiten des Berstdrucks verformt sich der Grundkörper 2 elastisch derart, dass die Formschlussverbindung gelöst wird. Entsprechend kann der Berstdruck das Sicherheitsventil 1 als Ganzes aus der Gehäuseöffnung heraus verlagern. Das Sicherheitsventil 1 kann im Querschnitt gesehen grundsätzlich eine beliebige Form aufweisen. Bevorzugt ist es jedoch rund oder oval.
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Die beschriebenen Ausgestaltungen des Sicherheitsventils 1 zeichnen sich einerseits durch ihre kostengünstige Herstellung und andererseits durch ihre einfache und dichte Montage an dem Gehäuse aus. Zumindest der Grundkörper 2, die Schließelemente 4 und 14 sowie die Membran 5 bestehen aus einem Elastomer, bevorzugt aus EPDM. Besonders bevorzugt besteht das gesamte Sicherheitsventil 1 aus dem Elastomer. Das Sicherheitsventil 1 kann als Spritzgussteil vorliegen, also durch Spritzgießen ausgebildet sein. Dies stellt eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung des Sicherheitsventils 1 sicher.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1321993 B1 [0002]
- DE 102015221738 A1 [0003]
