DE202016000346U1 - Pressure compensation element with perforated membrane - Google Patents
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Abstract
Druckausgleichselement für einen elektrischen Hochenergiespeicher, aufweisend eine semipermeable, berstfähige Membran (1) zum Druckausgleich zwischen einem Inneren des Hochenergiespeichers und dessen Umgebung sowie zum Schutz des Hochenergiespeichers vor unerwünschten Umgebungseinflüssen, wobei die Membran (1) eine, in einem ersten Toleranzbereich (T1) variable, Membran-Wandstärke (WM) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (1) ein, insbesondere mit wenigstens einer Perforationsnut (10) ausgebildetes, Sollreißgebiet (5) mit einer Wandstärke (WN) unterhalb des niedrigsten Werts des ersten Toleranzbereichs (T1) aufweist, das so eingerichtet ist, dass die Membran (1) bei dem Erreichen eines vorbestimmten Berstdrucks an dem Sollreißgebiet (5) einreißt.Pressure compensation element for a high-energy electrical storage, comprising a semipermeable, rupturable membrane (1) for pressure equalization between an interior of the high energy storage and its environment and to protect the high energy storage from undesirable environmental influences, wherein the membrane (1), in a first tolerance range (T1) variable , Membrane wall thickness (WM), characterized in that the membrane (1), in particular with at least one perforation (10) formed, predetermined tear region (5) with a wall thickness (WN) below the lowest value of the first tolerance range (T1) has, which is arranged so that the membrane (1) upon reaching a predetermined bursting pressure at the predetermined tear region (5) tears.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Druckausgleichselement für einen elektrischen Hochenergiespeicher, eine semipermeable, berstfähige Druckausgleichsmembran für ein solches Druckausgleichselement, sowie eine Anordnung zum Einbringen wenigstens eines Sollreißgebiets in eine Druckausgleichsmembran.The present invention relates to a pressure compensation element for a high-energy electrical storage, a semipermeable, burstable pressure compensation membrane for such a pressure compensation element, and an arrangement for introducing at least one predetermined breaking area in a pressure compensation membrane.
Druckausgleichselemente mit semipermeablen, berstfähigen Membranen (Druckausgleichsmembran) werden in elektrischen Hochenergiespeichern wie zum Beispiel Lithiumionen bzw. Lithiumpolymerakkumulatoren zum Schutz der Anwender eingesetzt.Pressure compensation elements with semipermeable, rupturable membranes (pressure compensation membrane) are used in high-energy electrical storage such as lithium ions or lithium polymer accumulators to protect the user.
Öffnet die berstfähige Membran im Brandfall (beispielsweise ausgelöst durch einen sogenannten ”thermal runaway”) nicht innerhalb eines vorgegebenen Druckintervalls den vollen nutzbaren Querschnitt eines Entlüfters des Druckausgleichselements für den Hochenergiespeicher, besteht eine erhebliche Gefahr für Sach- und/oder Personenschäden durch unkontrolliert aus dem Akku austretende Zersetzungsprodukte.If the burstable membrane in case of fire (for example, triggered by a so-called "thermal runaway") does not within a given pressure interval the full usable cross-section of a vent of the pressure compensation element for the high energy storage, there is a significant risk for property and / or personal injury by uncontrolled from the battery leaking decomposition products.
Typische Hochenergiespeicher werden in einem Temperaturbereich von –40°C bis 100°C betrieben. Im Brandfall erfolgt ein Anstieg der Innentemperatur auf 500°C bis 600°C und es wird innerhalb von 2 bis 3 Sekunden ein großes Gasvolumen freigesetzt. Dies führt im geschlossenen Gehäuse zu einem resultierenden proportionalen Druckanstieg ΔP. Um die dabei entstehenden Zersetzungsprodukte definiert mittels des Druckausgleichselements abführen zu können, muss bei einem Druckausgleichselement mit Membran sichergestellt sein, dass dieses bei bzw. vor Erreichen eines vorbestimmten Maximaldrucks (in bestimmten Anwendungen beispielsweise 300 mbar) sicher birst und es folglich zu keiner Zerstörung des Batteriegehäuses kommt.Typical high energy storage devices are operated in a temperature range of -40 ° C to 100 ° C. In case of fire, the internal temperature rises to 500 ° C to 600 ° C and a large volume of gas is released within 2 to 3 seconds. This leads to a resulting proportional pressure increase ΔP in the closed housing. In order to be able to discharge the resulting decomposition products defined by means of the pressure compensation element, it must be ensured in a pressure compensation element with membrane that this bursts safely before or after reaching a predetermined maximum pressure (for example, 300 mbar in certain applications) and consequently no destruction of the battery housing comes.
Aus dem Patentdokument
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Druckausgleichselement mit einer verbesserten Druckausgleichsmembran sowie eine verbesserte Anordnung zum Einbringen wenigstens eines Sollreißgebiets in eine Druckausgleichsmembran zur Verfügung zu stellen.An object of the invention is to provide an improved pressure compensation element with an improved pressure compensation membrane and an improved arrangement for introducing at least one predetermined tear region into a pressure compensation membrane.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Druckausgleichselement mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 bzw. eine Druckausgleichsmembran gemäß Anspruch 7. Eine erfindungsgemäße Anordnung zum Einbringen eines Sollreißgebiets in eine Druckausgleichsmembran ist in Anspruch 8 unter Schutz gestellt.This object is achieved by a pressure compensation element having the features of
Vorteilhafte Weiterbildungen der jeweiligen Aspekte der Erfindung sind Gegenstand der zugehörigen Unteransprüche.Advantageous developments of the respective aspects of the invention are the subject of the associated subclaims.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist ein Druckausgleichselement für einen elektrischen Hochenergiespeicher eine semipermeable, berstfähige Membran zum Druckausgleich zwischen einem Inneren des Hochenergiespeichers und dessen Umgebung und/oder zum Schutz des Hochenergiespeichers vor unerwünschten Umgebungseinflüssen auf. Dabei weist die Membran eine, in einem ersten Toleranzbereich variable, Membranwandstärke auf.According to one aspect of the invention, a pressure compensation element for a high-energy electrical storage device has a semi-permeable, burstable membrane for equalizing the pressure between an interior of the high-energy storage and its environment and / or for protecting the high-energy storage from undesired environmental influences. In this case, the membrane has a, in a first tolerance range variable, membrane wall thickness.
Die Membran weist zusätzlich, insbesondere auf der Energiespeicher-abgewandten Seite, ein Sollreißgebiet mit einer Wandstärke unterhalb des niedrigsten Wertes des ersten Toleranzbereichs auf, welches insbesondere mit wenigstens einer Perforationsnut ausgebildet ist. Das Sollreißgebiet ist so eingerichtet, dass die Membran bei dem Erreichen eines vorbestimmten Berstdrucks an dem Sollreißgebiet einreißt. Der vorbestimmte Berstdruck kann insbesondere auch als vorbestimmter Berstdruckintervall ausgebildet sein, und beträgt vorzugsweise im Wesentlichen 300 mbar oder 300 ± 5, ±10, ±20 oder ±50 mbar.The membrane additionally has, in particular on the side facing away from the energy store, a predetermined tear region with a wall thickness below the lowest value of the first tolerance region, which is formed in particular with at least one perforation groove. The predetermined tear area is set up in such a way that the membrane tears at the predetermined tear area when a predetermined bursting pressure is reached. The predetermined bursting pressure can in particular also be designed as a predetermined bursting pressure interval, and is preferably substantially 300 mbar or 300 ± 5, ± 10, ± 20 or ± 50 mbar.
Dadurch kann ein Druckausgleichselement zur Verfügung gestellt werden, bei welchem in vorteilhafter Weise ein definiertes Bersten der Membran bei gleichzeitig einfachem Aufbau eine sichere Entlüftung auch im Falle eines starken und/oder schnellen Druckaufbaus, insbesondere bei einem Brand, im Hochenergiespeicher ermöglicht.Thereby, a pressure compensation element can be provided, in which advantageously a defined rupture of the membrane at the same time simple construction safe venting even in the case of a strong and / or rapid pressure build-up, especially in a fire, in the high energy storage allows.
Unter einem Druckausgleichselement wird vorliegend insbesondere ein Teil eines Gehäuses des Hochenergiespeichers verstanden, wobei dieses Gehäuse starr, teilweise starr, elastisch und/oder flexibel ausgebildet sein kann. Eine Membran, oder synonym Druckausgleichsmembran, ist vorliegend insbesondere ein Bauteil des Druckausgleichselements, welches – insbesondere von der Semipermeabilität der Membran selbst abgesehen – medienundurchlässig mit den umgebenden Bauteilen des Druckausgleichselements verbunden ist.In the present case, a pressure compensation element is understood to mean, in particular, a part of a housing of the high energy store, wherein this housing may be rigid, partially rigid, elastic and / or flexible. A membrane, or synonymous pressure equalization membrane is present in particular a component of the pressure compensation element, which - in particular of the semipermeability of the membrane itself apart - is media-impermeable connected to the surrounding components of the pressure compensation element.
Ein erster Toleranzbereich beschreibt vorliegend insbesondere Unterschiede in der Wandstärke der Membran jenseits und/oder vor Einbringen des Sollreißgebiets, welche insbesondere an unterschiedlichen Stellen der Membran und/oder bezüglich unterschiedlicher Membranen unterschiedliche Werte aufweisen kann. In the present case, a first tolerance range particularly describes differences in the wall thickness of the membrane beyond and / or prior to introduction of the predetermined tear region, which may have different values, in particular at different points of the membrane and / or with respect to different membranes.
Die Membran weist vorzugsweise eine Wandstärke von 0,01 bis 2 mm auf, eine typische Membranwandstärke ist dabei zum Beispiel 0,3 mm. Die genannten Wandstärken können über ihre Erstreckung an verschiedenen Stellen der Membran im Rahmen des ersten Toleranzbereichs um ±0,01 bis ±0,5 mm variieren. Diese Variation kann aus dem Herstellungsprozess der Membranbahnen resultieren, aus denen nach oder gleichzeitig mit dem Einbringen des Sollreißgebiets die Membranen ausgestanzt werden können.The membrane preferably has a wall thickness of 0.01 to 2 mm, a typical membrane wall thickness is, for example, 0.3 mm. The wall thicknesses mentioned can vary over their extension at different points of the membrane within the first tolerance range by ± 0.01 to ± 0.5 mm. This variation can result from the manufacturing process of the membrane webs, from which the membranes can be punched out after or at the same time as the introduction of the predetermined tear region.
Ein Sollreißgebiet ist vorliegend vorzugsweise als ein Teil der Membran zu verstehen, an welchem ein Berstdruck im Verhältnis zu den übrigen, nicht dem Sollreißgebiet angehörenden, Teilen der Membran, niedriger ausgebildet ist.In the present case, a predetermined tear region is preferably to be understood as a part of the membrane at which a bursting pressure is lower in relation to the remaining parts of the membrane not belonging to the predetermined tear region.
Dadurch soll vorzugsweise sichergestellt sein, dass, beispielsweise im Fall eines ”thermal runaway”, die Membran in dem Sollreißgebiet einreißt, und dadurch nicht das Gehäuse eine zu hohe Druckbelastung erfährt.This should preferably be ensured that, for example in the case of a "thermal runaway", the membrane breaks in the predetermined tear region, and thereby does not experience the housing too high a pressure load.
Ein Sollreißgebiet kann vorliegend wenigstens eine Perforationsnut aufweisen oder als wenigstens eine Perforationsnut ausgebildet sein. Vorliegend kann eine Perforationsnut, ausgehend von der Oberfläche der Membran, einen V-förmigen, einen dreiecksförmigen, einen quadratischen, einen rechteckigen, einen ovalen und/oder einen teilkreisförmigen Querschnitt aufweisen und sich maximal bis zu einem Nutgrund von der Membranoberseite (Energiespeicherabgewandte Seite) zu der Membranunterseite (Energiespeicherzugewandte Seite) erstrecken. Die Membran weist dann an der Stelle des Nutgrunds eine, insbesondere minimale, Nutwandstärke auf, welche niedriger ist als die Membranwandstärke jenseits eines Sollreißgebiets bzw. jenseits einer Perforationsnut. Bei einer Membran mit der zuvor genannten Nenn-Wandstärke von 0,3 mm kann beispielsweise eine verbleibende Nutwandstärke von 0,15 mm oder bevorzugt 0,05 mm vorgesehen sein.In the present case, a predetermined tear region may have at least one perforation groove or be formed as at least one perforation groove. In the present case, a perforation groove, starting from the surface of the membrane, may have a V-shaped, a triangular, a square, a rectangular, an oval and / or a part-circular cross section and may extend as far as a groove bottom from the upper side of the membrane (energy storage side facing away) the membrane underside (energy storage side facing) extend. The membrane then has at the location of the groove bottom a, in particular minimum, groove wall thickness, which is lower than the membrane wall thickness beyond a predetermined tear region or beyond a perforation groove. For a membrane with the aforementioned nominal wall thickness of 0.3 mm, for example, a remaining groove wall thickness of 0.15 mm or preferably 0.05 mm may be provided.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist das Sollreißgebiet wenigstens eine Perforationsnut auf. Entlang der Perforationsnut weist die Membran eine in, insbesondere innerhalb, einem zweiten Toleranzbereich variable Nutwandstärke auf. Dabei ist der zweite Toleranzbereich wesentlich enger, insbesondere um wenigstens den Faktor 2, 5, 10, 100 oder 1000 enger ausgebildet als der erste Toleranzbereich.In a preferred development of the invention, the predetermined tear region has at least one perforation groove. Along the perforation groove, the membrane has a groove wall thickness variable in, in particular within, a second tolerance range. Here, the second tolerance range is much narrower, in particular by at least the
Dadurch kann in vorteilhafter Weise eine genaue Einstellung eines gewünschten Einreiß- oder (synonym) Berstgebiets und/oder eine genaue Einstellung eines gewünschten Berstdrucks erreichbar sein.This can be achieved in an advantageous manner, an accurate setting of a desired tear or (synonymous) bursting area and / or accurate adjustment of a desired bursting pressure.
Durch die Ausbildung der Perforationsnut mit einer Nutwandstärke, welche deutlich enger toleriert ist als die Wandstärke der Membran jenseits der Perforationsnut, ist eine verhältnismäßig bzw. annähernd gleichbleibende Nutwandstärke erreichbar. Da die Nutwandstärke insbesondere proportional zu einem Berstdruck der Membran an der Stelle dieser Nutwandstärke ist, kann durch eine Einstellung einer Zielnutwandstärke ein Zielberstdruck des Druckausgleichselements an einer Perforationsnut der Druckausgleichsmembran erreicht werden. Je nachdem, wie eng nun der zweite Toleranzbereich – sprich das Toleranzband der Nutwandstärke – ausgebildet ist, kann einstellbar sein, wie nahe an dem Zielwert des Berstdruckes die Membran im Falle eines entsprechenden Druckaufbaus wirklich reißt.By forming the perforation groove with a groove wall thickness which is tolerated much narrower than the wall thickness of the membrane beyond the perforation groove, a relatively or approximately uniform groove wall thickness is achievable. Since the groove wall thickness is in particular proportional to a bursting pressure of the membrane at the location of this groove wall thickness, by setting a target groove wall thickness, a target burst pressure of the pressure compensation element can be achieved at a perforation groove of the pressure compensation membrane. Depending on how closely the second tolerance range - ie the tolerance band of the groove wall thickness - is formed, it can be adjustable how close to the target value of the bursting pressure the membrane really breaks in the case of a corresponding pressure buildup.
So mag es in einigen Anwendungen ausreichen, dass der zweite Toleranzbereich nur um den Faktor 2 enger ausgebildet ist als der erste Toleranzbereich, wodurch nur relativ grob eingestellt wird, wie nahe am Zielberstdruck die Membran wirklich birst. In anderen Anwendungen mag es jedoch notwendig sein, den ersten Toleranzbereich um einen Faktor 100 oder sogar 1000 enger auszubilden als den ersten Toleranzbereich, um sicherzustellen, dass die Druckausgleichsmembran an einer Perforationsnut an jeder Stelle der Erstreckung der Perforationsnut annähernd exakt bei Erreichen des Zielberstdrucks einreißt.Thus, in some applications, it may be sufficient for the second tolerance range to be narrower by only a factor of 2 than the first tolerance range, whereby only relatively roughly sets how close to the target burst pressure the diaphragm really bursts. In other applications, however, it may be necessary to make the first tolerance range a factor of 100 or even 1000 narrower than the first tolerance range to ensure that the pressure compensating diaphragm ruptures at a perforation groove at each point of the extension of the perforation groove approximately exactly upon reaching the target burst pressure.
Im Sinne der Erfindung kann unter einem Toleranzbereich die Angabe eines Maximalwertes und eines Minimalwertes zur Begrenzung des Toleranzbereichs verstanden werden. Im Sinne der Erfindung kann auch unter einem Toleranzbereich verstanden werden, dass, ausgehend von einem bestimmten Wert eine Abweichung nach oben bzw. nach unten angegeben wird, welche dann den Toleranzbereich begrenzt.For the purposes of the invention, a tolerance range can be understood to mean the specification of a maximum value and a minimum value for limiting the tolerance range. Within the meaning of the invention, a tolerance range can also be understood as meaning that, starting from a specific value, a deviation is indicated upwards or downwards, which then limits the tolerance range.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist das Sollreißgebiet mehrere, insbesondere zwei, drei oder eine Mehrzahl von, Perforationsnuten auf.In a preferred development of the invention, the predetermined tear region has several, in particular two, three or a plurality of, perforation grooves.
Dadurch kann in vorteilhafter Weise erreicht werden, dass nicht nur in einem bestimmten Bereich der Druckausgleichsmembran, wie dies bei einer einzigen Perforationsnut der Fall sein könnte, sondern über die gesamte Membran oder über gewünschte Teile der Membran verteilt, mögliche Ausgangspunkte für ein Bersten der Membran bei einem Erreichen des vorbestimmten Berstdruckes in diesem Bereich der Membran ermöglicht wird.This can be achieved in an advantageous manner that not only in a certain area of the pressure compensation membrane, as could be the case with a single Perforationsnut, but over the entire membrane or over desired Distributed parts of the membrane, possible starting points for a bursting of the membrane in reaching the predetermined bursting pressure in this region of the membrane is made possible.
Wenn das Sollreißgebiet der Druckausgleichsmembran mehr als eine Perforationsnut aufweist, können diese im Sinne der Erfindung in verschiedener Weise zueinander angeordnet sein. In einer bevorzugten Ausführung sind wenigstens zwei Perforationsnuten zueinander parallel oder verlaufen windschief zueinander.If the predetermined tear region of the pressure compensation membrane has more than one perforation groove, these can be arranged in different ways to each other in the sense of the invention. In a preferred embodiment, at least two perforation grooves are parallel to one another or run skewed relative to one another.
Dadurch kann in vorteilhafter Weise die Konfiguration des Sollreißgebiets, insbesondere also die Anordnung mehrerer Perforationsnuten zueinander, an bestimmte Anwendungsfälle angepasst werden.As a result, the configuration of the predetermined tear region, in particular the arrangement of several perforation grooves relative to one another, can be adapted to particular applications in an advantageous manner.
Um diesen Vorteil zu erreichen, kann gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass einander wenigstens zwei oder drei oder eine Mehrzahl von Perforationsnuten schneiden. Auch kann vorgesehen sein, dass sich einige Perforationsnuten schneiden, während andere parallel zueinander oder windschief verlaufen.In order to achieve this advantage, according to a preferred embodiment of the invention, it can also be provided that at least two or three or a plurality of perforation grooves intersect one another. It can also be provided that some perforation grooves intersect, while others run parallel to one another or skewed.
Windschief kann vorliegend bedeuten, dass Perforationsnuten zueinander nicht parallel verlaufen und sich auf der Oberfläche der ausgestanzten Membran nicht treffen, obwohl sich sie in einer über die Membrangrenzen gedachten Ebene treffen würden.Windfall may in the present case mean that perforation grooves do not run parallel to one another and do not meet on the surface of the punched-out membrane, although they would meet in an imaginary plane above the membrane boundary.
In einer bevorzugten Weiterbildung weist die Membran ein Polymermaterial, insbesondere ein PTFE-Material, auf oder besteht aus einem solchen Material. Die Membran kann aber auch andere, unverzweigte, linear aufgebaute und/oder teilkristalline Polymere aufweisen, welche die dem Fachmann für einen bestimmten Anwendungsfall bekannten Anforderungen an die Membran hinsichtlich Flexibilität, Festigkeit, Elastizität und/oder Semipermeabilität erfüllen.In a preferred development, the membrane has a polymer material, in particular a PTFE material, or consists of such a material. The membrane may also have other, unbranched, linear and / or partially crystalline polymers which meet the requirements of the skilled person for a particular application requirements in terms of flexibility, strength, elasticity and / or semipermeability.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist eine Anordnung zum Einbringen wenigstens eines Sollreißgebiets in eine Druckausgleichsmembran wenigstens eine Membranzuführungseinrichtung zum Zu- und Abführen der Membran bezüglich einer Einbringungsstelle der Anordnung auf, und wenigstens eine Einbringungseinrichtung zum Einbringen des Sollreißgebiets in die Membran an der Einbringungsstelle. Die Einbringungseinrichtung weist auf: ein Positionierelement zur Festlegung einer Position der Einbringungsstelle und ein Einbringungswerkzeug zum Verkleinern der Wandstärke in dem Sollreißgebiet der an dem Positionierelement abgerollten Membran.According to a further aspect of the invention, an arrangement for introducing at least one predetermined tear region into a pressure compensation membrane comprises at least one membrane feed device for feeding and discharging the membrane with respect to an introduction point of the device, and at least one introduction device for introducing the predetermined tear region into the membrane at the introduction point. The insertion device has a positioning element for determining a position of the introduction site and a delivery tool for reducing the wall thickness in the predetermined tear region of the membrane unrolled on the positioning element.
Dabei weisen das Einbringungswerkzeug und das Positionierelement bei dem Einbringen des Sollreißgebiets an der Einbringungsstelle einen vorbestimmbaren, konstanten und/oder minimalen Abstand voneinander auf. Dieser Abstand kann insbesondere mittels einer mechanischen, elektromechanischen, oder elektronischen Verstelleinrichtung einstellbar sein, welche beispielsweise mit einer linearen Führungsschiene, einer Verzahnungsmechanik und/oder einem Linearantrieb, aber auch in anderer an sich bekannter Weise, ausgebildet sein kann.In this case, the introduction tool and the positioning element have a predeterminable, constant and / or minimum distance from one another during the introduction of the predetermined tear region at the point of introduction. This distance may in particular be adjustable by means of a mechanical, electromechanical, or electronic adjusting device, which may be formed, for example, with a linear guide rail, a gear mechanism and / or a linear drive, but also in another manner known per se.
Dadurch kann in vorteilhafter Weise, insbesondere unabhängig von der Membranwandstärke ein konstanter oder in einem vorbestimmten, zweiten Toleranzbereich sich bewegender bzw. variierender Wert für die Nutwandstärke einer Perforationsnut der Sollreißstärke eingestellt werden.As a result, a constant or in a predetermined, second tolerance range moving or varying value for the groove wall thickness of a perforation groove of the predetermined tear strength can be adjusted in an advantageous manner, in particular independently of the membrane wall thickness.
Unter einer Membranführungseinrichtung, insbesondere zum Zu- und Abführen der Membran bezüglich der Einbringungsstelle der Anordnung, ist vorwiegend insbesondere eine Einrichtung mit einer Rolle zum Abrollen einer auf dieser Rolle gespeicherten Membranenbahn und mit wenigstens einer Rolle zum Aufrollen der Membranenbahn nach Einbringen des Sollreißgebiets, vorzugsweise an der Einbringungseinrichtung zu verstehen. Vorzugsweise ist wenigstens eine dieser Rollen rotatorisch angetrieben, um die Membranbahn an der Einbringungsstelle vorbeiführen zu können, wobei an der Einbringungsstelle das Sollreißgebiet, und damit insbesondere wenigstens eine Perforationsnut, eingebracht werden. Alternativ können auch beiden Rollen angetrieben sein und dabei vorzugsweise in ihrer rotatorischen Bewegung, insbesondere mittels einer Steuereinrichtung, aufeinander abgestimmt sein.Under a membrane guide device, in particular for feeding and discharging the membrane with respect to the introduction point of the arrangement, is mainly in particular a device with a roll for rolling a membrane web stored on this role and with at least one roll for rolling up the membrane web after introduction of the predetermined tear region, preferably to understand the introduction device. Preferably, at least one of these rollers is rotationally driven in order to be able to lead the membrane web past the introduction site, wherein the predetermined tear area, and thus in particular at least one perforation groove, is introduced at the introduction site. Alternatively, both rollers can be driven and preferably in their rotational movement, in particular by means of a control device, be coordinated with each other.
Eine Einbringungsstelle ist vorliegend insbesondere diejenige Stelle, an welcher die Membranbahn vorbeigeführt wird und an welcher mittels der Einbringungsreinrichtung das Sollreißgebiet in die Membranbahn – und damit insbesondere in die späteren Membranen, welche bei dem Einbringen vorzugsweise noch nicht aus der Membranbahn ausgeschnitten, ausgestanzt und/oder ähnliches sind – eingebracht wird.In the present case, an introduction point is in particular the point at which the membrane web is guided past and at which the predetermined tear region is punched out into the membrane web and thus into the later membranes, which are preferably not yet cut out of the membrane web during insertion, and / or are similar - is introduced.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Anordnung ist das Positionierelement mit einer Walze, welche insbesondere mit im Wesentlichen starrer Oberfläche ausgebildet ist, zur Festlegung einer Position der Einbringungsstelle bei einem Abrollen der Membran und/oder der Membranbahn ausgebildet.According to a preferred embodiment of the arrangement, the positioning element is formed with a roller, which is in particular formed with a substantially rigid surface, for determining a position of the introduction point in a rolling of the membrane and / or the membrane web.
Dadurch kann in vorteilhafter Weise eine genaue, insbesondere ausreichend genaue, Festlegung der Membranbahn, insbesondere in einer Richtung senkrecht zur Förderrichtung der Membranbahn, sichergestellt sein. Zum Erreichen einer im Wesentlichen starren Oberfläche kann die Umfangsoberfläche dieser Walze mit einem Metall- und/oder mit einem Kunststoff-Werkstoff mit niedrigen Elastizitätswerten ausgebildet sein oder aus einem solchen Material bestehen.As a result, an accurate, in particular sufficiently precise, determination of the membrane web, in particular in a direction perpendicular to the conveying direction of the membrane web, can advantageously be ensured. To achieve a substantially rigid surface, the peripheral surface of this roller may be provided with a metal and / or be formed with a plastic material with low elasticity values or consist of such a material.
Unter einer Membranbahn kann im Sinne der Erfindung ein im Verhältnis zur Quererstreckung sehr langes Halbzeug aus demjenigen Material verstanden werden, aus welchem die Membranen bestehen sollen. Im Sinne einer vereinfachten Fertigung kann dabei insbesondere vorgesehen sein, dass das Sollreißgebiet in eine integrale Membranbahn eingebracht wird, und die einzelnen Membranen erst zu einem späteren Zeitpunkt auf der Membranbahn vereinzelt, insbesondere ausgeschnitten, ausgestanzt und/oder ähnliches werden.In the context of the invention, a membrane web can be understood as meaning a semifinished product which is very long in relation to the transverse extent and made of the material from which the membranes are to be made. In the sense of a simplified production, it may be provided in particular that the predetermined tear region is introduced into an integral membrane web, and the individual membranes are separated, in particular cut out, punched out and / or the like at a later time on the membrane web.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Anordnung ist das Einbringungswerkzeug mit wenigstens einem positionsfest angeordneten Abtragmesser zum Einschneiden einer Perforationsnut im Wesentlichen entlang einer Förderrichtung der Membran bzw. der Membranbahn ausgebildet.According to a preferred embodiment of the arrangement, the introduction tool is formed with at least one positionally fixed Abtragmesser for cutting a perforation substantially along a conveying direction of the membrane or the membrane web.
Dadurch ist in vorteilhafter Weise ein einfacher Aufbau der Einbringungseinrichtung erreichbar.As a result, a simple construction of the introduction device can be achieved in an advantageous manner.
Bei einem Einbringungswerkzeug mit einem Abtragmesser ist das Abtragmesser während des Einschneidvorgangs so angeordnet, dass seine Spitze einen vorbestimmten und konstanten Abstand zu der Umfangsoberfläche des Positionierelements, insbesondere der Positionierwalze aufweist. Dabei kann die Membranbahn oder die Membran auf der Umfangsoberfläche der Positionierwalze aufliegend an dem Abtragmesser vorbeigeführt werden. Bei einer Einstellung des Abstandes zwischen der Spitze des Abtragmessers und der Umfangsoberfläche der Positionierwalze auf einen Wert, welcher kleiner ist, als der niedrigste Wert im ersten Toleranzband für die Membranwandstärke wird beim Vorbeiführen die Membran derart eingeschnitten, dass eine im zweiten Toleranzband, insbesondere annähernd oder im Wesentlichen, konstante Wandstärke der Membran am Nutgrund der Perforationsnut verbleibt.In a delivery tool with a Abtragmesser the Abtragmesser is arranged during the Einschneidvorgangs so that its tip has a predetermined and constant distance from the peripheral surface of the positioning element, in particular the positioning roller. In this case, the membrane web or the membrane can be guided on the circumferential surface of the positioning roll resting on the Abtragmesser. In an adjustment of the distance between the tip of the Abtragmessers and the peripheral surface of the positioning to a value which is smaller than the lowest value in the first tolerance band for the diaphragm wall thickness, the membrane is cut in such a way that one in the second tolerance band, in particular approximately or essentially, constant wall thickness of the membrane remains at the groove bottom of the perforation groove.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Anordnung ist das Einbringungswerkzeug mit wenigstens einem rotierend und/oder sich drehend angeordneten Einschneidmesser zum Einschneiden wenigstens einer, insbesondere zweier, dreier oder einer Mehrzahl von, Perforationsnuten wenigstens im Wesentlichen senkrecht zu einer Oberfläche der Membran ausgebildet. Das Einschneidmesser ist dabei insbesondere an einer äußeren Umfangsfläche einer Einbringungsrolle angeordnet, so dass es beim Einbringen des Sollreißgebiets an der Membran oder der Membranbahn abrollt.According to a preferred embodiment of the arrangement, the introduction tool is formed with at least one rotating and / or rotationally arranged cutting knife for cutting at least one, in particular two, three or a plurality of, perforation grooves at least substantially perpendicular to a surface of the membrane. The incising blade is arranged in particular on an outer peripheral surface of a delivery roller, so that it rolls on introduction of the predetermined tear region on the membrane or the membrane web.
Dadurch kann in vorteilhafter Weise ein Sollreißgebiet eingebracht werden, welches mehrere und/oder nicht im Wesentlichen parallel zur Führungsrichtung der Membran oder der Membranbahn angeordnete Perforationsnuten aufweisen kann.As a result, a predetermined tear region can be introduced in an advantageous manner, which can have multiple perforation grooves and / or not substantially parallel to the guide direction of the membrane or the membrane web.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist die Anordnung zusätzlich eine Einrichtung zum Vereinzeln der Druckausgleichsmembranen, insbesondere mit einer Stanzvorrichtung und/oder einer Vereinzelungseinrichtung für die ausgestanzten Membranen, aus einer Membranbahn auf.According to a preferred development, the arrangement additionally has a device for separating the pressure compensation membranes, in particular with a punching device and / or a singling device for the punched out membranes, from a membrane web.
Dadurch kann in vorteilhafter Weise eine schnelle Bearbeitung der Druckausgleichsmembranen sichergestellt sein, insbesondere indem deren Sollreißgebiet zuerst in eine Membranbahn eingebracht wird und dann erst die Membranen vereinzelt werden. Diese Vielzahl an Membranen wäre im Handling deutlich aufwändiger als eine einzige Membranbahn, aus der erst nach dem Einbringen des Sollreißgebiets die einzelnen Membranen ausgestanzt werden.As a result, a rapid processing of the pressure compensation membranes can be ensured in an advantageous manner, in particular by the fact that their predetermined breaking area is first introduced into a membrane web and then only the membranes are separated. This multiplicity of membranes would be considerably more complicated to handle than a single membrane web from which the individual membranes are punched out only after the introduction of the predetermined tear region.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Einbringen wenigstens eines Sollreißgebiets in einer Druckausgleichsmembran vorgeschlagen, wobei ein Abstand zwischen einem Positionierelement und einem Einbringungswerkzeug einer Einbringungseinrichtung in Abhängigkeit von einer gewünschten Nutwandstärke bestimmt und eingestellt wird, die Membran zu der Einbringungsstelle einer Einbringungseinrichtung geführt wird, an der Einbringungsstelle die Membran zwischen dem Positionierelement und dem Einbringungswerkzeug durchgeführt wird, und dabei eine Perforationsnut derart eingebracht wird, dass die an der Spitze der Perforationsnut verbleibende Wandstärke der Membran im Wesentlichen dem eingestellten Abstand entspricht, insbesondere innerhalb eines zweiten Toleranzbereichs.According to a further aspect of the invention, a method is proposed for introducing at least one predetermined breaking area in a pressure compensation membrane, wherein a distance between a positioning element and a delivery tool of a delivery device is determined and adjusted in dependence on a desired groove wall thickness, the membrane is guided to the introduction point of a delivery device in that the membrane is carried out between the positioning element and the introduction tool at the point of introduction, and a perforation groove is introduced such that the wall thickness of the membrane remaining at the tip of the perforation groove substantially corresponds to the set distance, in particular within a second tolerance range.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird wenigstens eine Perforationsnut eingebracht, deren Verlauf in wenigstens einem Teilbereich ihrer Erstreckung nicht im Wesentlichen parallel zu der Führungsrichtung der Membran oder der Membranbahn ist. Vorzugsweise wird diese Perforationsnut mittels eines rotierend angeordneten Einschneidmesser eingebracht.According to a preferred embodiment of the method, at least one perforation groove is introduced, the course of which in at least one partial region of its extension is not substantially parallel to the guide direction of the membrane or the membrane web. Preferably, this Perforationsnut is introduced by means of a rotating arranged Einschneidmesser.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird ein Sollreißgebiet mit mehreren, zueinander parallelen, windschiefen und/oder einander schneidenden Perforationsnuten mittels einer Anordnung einer entsprechenden Anzahl, insbesondere wenigstens teilweise umlaufender, Einschneidmesser auf der Umfangsfläche einer Einbringungsrolle eingebracht.According to a preferred embodiment of the method, a predetermined tear region is provided with a plurality of mutually parallel, skewed and / or intersecting perforation grooves by means of an arrangement of a corresponding number, in particular at least partially encircling, cutting knife on the peripheral surface of a feed roller.
Die vorstehend zu dem Druckausgleichselement bzw. der Anordnung offenbarten Merkmale sind auch als zu einem Verfahren im Sinne der Erfindung gehörig zu verstehen; ebenso sind die zu dem Verfahren offenbarten Merkmale als zu dem Druckausgleichselement bzw. der Anordnung gehörig zu verstehen.The features disclosed above for the pressure compensation element or the arrangement are also to be understood as belonging to a method within the meaning of the invention; Likewise, the features disclosed in the method are to be understood as belonging to the pressure compensation element or the arrangement.
Weitere Ausführungen sind den nachfolgend beschriebenen Figuren zu entnehmen. Im Einzelnen zeigt dabei:Further embodiments are shown in the figures described below. In detail shows:
Jede der Perforationsnuten
Außerhalb des Sollreißgebiets
Durch die Anordnung und das zugehörige Verfahren in beispielhaften Ausführungen der Erfindung (vergleiche
Dadurch sinken unter anderem die Anforderungen an die Genauigkeit der Fertigung der Membranbahnen
Zur Verdeutlichung des in den vorigen Absätzen Gesagten zeigt die
Entlang des Schnitts B-B variiert die Wandstärke WM der Membran – jenseits des Sollreißgebiet
Die minimale Wandstärke WN der Membran
Dieser Berstdruck ist insbesondere abhängig von den Materialeigenschaften der Membran
An der Einbringungsstelle
Der Abstand X ist in jedem Fall kleiner ausgebildet als der aufgrund des ersten Toleranzbereichs T1 und einer vorbestimmten Nenn-Wandstärke der Membranbahn
Vorzugsweise ist das PTFE-Material der Membranbahn
Aus der
Anders als bei der zu
Dabei schneiden die Messer
Dadurch kann je nach gewünschtem Anwendungsfall ein von fertigungstechnischen Limitierungen der in
Die Membranbahn
Die Einrichtung
Ebenso wie die Vereinzelungseinrichtung
Bei einer Ausführung gemäß diesem Beispiel wird auf der Abführrolle
An der Einbringungsstelle
Beim Einbringen der Perforationsnut
Nach dem Schneidevorgang wird das Locheisen
Dadurch kann zuverlässig eine Membran
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- 2016-01-21 DE DE202016000346.2U patent/DE202016000346U1/en active Active
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