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1. WO2020141044 - DEGASSING UNIT AND ELECTRONICS HOUSING, IN PARTICULAR BATTERY HOUSING

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[ DE ]

Entgasungseinheit und Elektronikgehäuse, insbesondere Batteriegehäuse

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Entgasungseinheit und ein Elektronikgehäuse, insbesondere ein Batteriegehäuse, insbesondere einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs.

Stand der Technik

Gehäuse zur Aufnahme von Elektronikkomponenten wie bspw. Batteriezellen und der gleichen können nicht vollständig gasdicht gegenüber der Umgebung verschlossen wer den, da einerseits aufgrund von Temperaturschwankungen (etwa durch Wärmeeinträge durch Laden bzw. Entladen von Batteriezellen) und andererseits aufgrund von natürlich vorkommenden Druckluftschwankungen, insbesondere bei mobilen Systemen, ein Gasaustausch zwischen Innen- und Außenraum ermöglicht werden muss, um unzuläs sige mechanische Belastungen des Gehäuses, insbesondere ein Bersten oder Ausbeu len des Gehäuses, zu verhindern. Ebenso wichtig ist es jedoch, dass das Eindringen von Fremdkörpern, Schmutz und Feuchtigkeit (Wasser) wirksam verhindert wird.

Es sind daher Druckausgleichsvorrichtungen bekannt, die semipermeable Membranen aufweisen, die gasdurchlässig jedoch flüssigkeitsundurchlässig sind.

Entsteht innerhalb des Gehäuses eine Druckspitze, etwa beim Versagen einer Batterie zelle in einem Batteriegehäuse, so muss dieser Druck möglichst schnell abgebaut wer den, da ansonsten das Gehäuse Schaden nehmen könnte.

Als einfachste Ausführung eines Berstschutzes ist, beispielsweise bei Bleiakkus, be kannt, Berstscheiben im Sinne einer„Sollbruchstelle“, insbesondere aus einem metalli schen Blechmaterial, oder Sicherheitsklappen oder Ventile zu verwenden, die in eine Ge häuseöffnung eingesetzt werden.

Bei Hochvoltbatterien, insbesondere lithiumbasierten Traktionsbatterien mit deutlich hö heren Speicherkapazitäten und Leistungsdichten kommen hingegen hochspezifische Druckausgleichsvorrichtungen zum Einsatz, welche zur Erfüllung der o. g. Aufgaben op timiert sind.

Aus der DE 10 2012 022 346 B4 ist eine Entgasungseinheit für ein Batteriegehäuse be kannt, die über einen Grundkörper verfügt, der eine Gasdurchtrittsöffnung aufweist, wel che von einer semipermeablen Membran, die durchlässig für Gase jedoch undurchlässig für Flüssigkeiten ist, abgedeckt ist, wobei die Membran ortsfest und fluiddicht mit dem Grundkörper verbunden ist, insbesondere verschweißt. Der Grundkörper ist fluiddicht mit einer Druckausgleichsöffnung des Batteriegehäuses verbindbar. Einen Gasaustausch im Normalbetrieb stellt die Membran durch ihre semipermeablen Eigenschaften sicher, wäh rend zur Realisierung einer Notentgasungsfunktion an einem Abdeckkörper ein zu der Membran weisender Notentgasungsdorn angeordnet ist, welcher die Membran bei Über schreiten einer durch einen Gehäuseinnendruck induzierten Grenzdehnung perforiert und reißen lässt, sodass ein schlagartiger Druckausgleich vom Innenraum zur Umgebung möglich ist. An einer in einem Montagezustand zum Batteriegehäuse weisenden Innen seite ist mit dem Grundkörper ein Schutzgitter verbunden, welches einen Eingriff mit Fremdkörpern in das Batteriegehäuse ausschließen soll.

Darüber hinaus beschreibt die DE 10 201 1 080 325 A1 eine ähnliche Entgasungseinheit mit einer ortsfest an einem Grundkörper gehaltenen Membrane, bei der die Notentga sungsfunktion ebenfalls über eine gezielte Punktion der Membran mittels eines Doms erreicht wird.

Ferner ist aus der DE 10 2017 003 360 B3 eine Entgasungseinheit bekannt, bei der die Funktionen Notentgasung und Be-/Entlüftung im Normalzustand funktionell getrennt sind. Während die Be-/Entlüftung im Normalzustand durch eine ortsfest zentrisch an dem Grundkörper festgelegte Vliesstoff läge realisiert ist, wird die Notentgasung durch ein bei Überschreiten eines Grenzdrucks abhebbares Schirmventil erreicht, welches zur Notent gasung einen radial außenliegenden Ringspalt des Grundkörpers freigibt.

Die aus dem Stand der Technik bekannten Entgasungeinheiten, welche bereits sowohl eine Be-/Entlüftung im Normalzustand als auch eine Notentgasung bereit stellen, haben den Nachteil, dass der Notentgasungdruck nicht hinreichend genau einstellbar ist und dass der zur Notentgasung zur Verfügung stehende Durchströmquerschnitt stark limitiert ist. Vorrichtungen, bei welchen die Membrane bei Überschreiten einer Grenzdehnung durch einen Dorn perforiert und zum Reißen gebracht wird, sind zwar robust, haben jedoch den Nachteil, dass der Notentgasungsdruck stark von dem fertigungstoleranzab hängigen Abstand der Membran zur Dornspitze und von fertigungstoleranzabhängigen

Abweichungen der Membrandicke abhängt. Die Innendruckbeständigkeit des Batteriege häuses muss daher auf den worst-case dieser Toleranzbetrachtung (= maximaler Ab stand Membran zur Dornspitze und maximale Membrandicke) dimensioniert werden, was dazu führen kann, dass das Batteriegehäuse tendenziell mechanisch überdimensioniert wird. Ferner sind derartige Notentgasungeinheiten, welche nach dem Prinzip des Her beiführens einer Sollbruchstelle der Membran arbeiten, nicht reversibel einsetzbar, d. h. müssen nach einmaligem Auslösen ausgewechselt werden.

Die aus der DE 10 2017 003 360 B3 bekannte Lösung ist zwar nach einer Notentgasung grundsätzlich reversibel, hat jedoch zusätzlich zu dem oben genannten toleranzbedingt nur unzureichend genau bestimmbaren Notentgasungsdruck die Problematik, dass der zur Notentgasung zur Verfügung stehende Durchströmquerschnitt lediglich der äußere Ringspalt ist, während der von dem Vliesstoff abgedeckte zentrische Bereich hierfür nicht zur Verfügung steht bzw. aufgrund des durch die Vlieslage hervorgerufenen Druckver-lusts einen nicht hinreichen hohen Volumenstromdurchlass erlaubt. Ferner ist das Öffnungsverhalten der dort offenbarten Entgasungseinheit stark temperaturabhängig und von sich über die Zeit (Alterung) ändernde Materialeigenschaften abhängig.

Ferner ist aus der DE 10 2014 1 1 1 041 A1 eine Entgasungseinheit mit einem verlagerbaren Membranträger bekannt geworden, der durch einteilig in den Membranträger integrierte Federelemente an einen Grundkörper gepresst wird. Die Membran ist hierbei an einer zu dem Grundkörper weisenden Innenseite vorgesehen und wird mit verpresst. Nachteilig hieran ist, dass der Kontakt zwischen Grundkörper und Membranträger das Eindringen von Fremdkörpern und Wasser nicht zuverlässig unterbinden kann.

Offenbarung der Erfindung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Entgasungseinheit für ein Elektro nikgehäuse, insbesondere für eine Batterie, insbesondere für eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, zu schaffen, die sich dadurch auszeichnet, dass der Notentgasungsdruck genauer festlegbar ist und dass diese nach einem Notentgasungsvorgang reversibel ein setzbar ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Entgasungseinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Elektronikgehäuse mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den Zeichnungen. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale erfin dungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Ver wendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als ab schließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.

Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung weist die Entgasungseinheit für ein Elektronikgehäuse, insbesondere für eine Batterie, insbesondere für eine Traktionsbatte rie eines Kraftfahrzeugs, einen fluiddicht mit einem Rand einer Druckausgleichsöffnung des Elektronikgehäuses verbindbaren Grundkörper auf. Der Grundkörper weist zumin dest eine Gasdurchtrittsöffnung auf, die in einem Normalbetriebszustand der Entga sungseinheit von einer semipermeablen Membran abgedeckt ist, wobei die Membran ei nen Durchtritt von gasförmigen Medien von einer Umgebung in das Elektronikgehäuse und umgekehrt ermöglicht, den Durchtritt von flüssigen Medien jedoch unterbindet. Die Membran ist auf einem relativ zum Grundkörper verlagerbaren Membranträger fluiddicht befestigt, welcher in dem Normalbetriebszustand durch eine Axialkraft dichtend an eine einen Rand der Gasdurchtrittsöffnung des Grundkörpers umgebende axiale Dichtung an gepresst ist und bei Überschreiten einer vorbestimmten Druckdifferenz zwischen einem Innenraum des Elektronikgehäuses und einer Umgebung unter Freigabe zumindest einer die Membran umgehenden Notentgasungsöffnung abhebbar ist, um dadurch die Entga sungseinheit in einen Notentgasungszustand zu überführen. Die axiale Dichtung ist als Lippendichtung ausgebildet und besteht aus einem weicheren Werkstoff als der Memb ranträger und/oder der Grundkörper.

Gemäß der vorliegenden Patentanmeldung wurde für die erfindungsgemäße Vorrichtung der Begriff Entgasungseinheit gewählt. Es ist jedoch selbst verständlich, dass die erfin dungsgemäße Vorrichtung gleichermaßen im Normalbetrieb eine Be- und Entlüftung ei nes Innenraums des Elektronikgehäuses durch die (poröse) Membran erlaubt.

Die hierin verwendeten relativen Bezeichnungen„innen“ und„außen“ beziehen sich auf einen Montagezustand bezüglich des Elektronikgehäuses, wobei„innen“ zum Elektronik gehäuse weisend und„außen“ zur Umgebung weisend bedeutet.

Die erfindungsgemäße Entgasungseinheit kann zur Sicherstellung einer optimalen Ab dichtung an der Schnittstelle Grundkörper-Batteriegehäuse eine Gehäusedichtung ha ben, insbesondere in Form eines O-Rings, welcher in dem Montagezustand axial bezüg lich einer Gehäuseaußenwandung oder radial in der Druckausgleichsöffnung des Batte riegehäuses verpresst werden kann.

Der Grundkörper und/oder der Membranträger können im Wesentlichen aus Kunststoff, insbesondere thermoplastischem Kunststoff, bestehen und insbesondere spritzgegossen sein. Bevorzugte Materialien sind Polypropylen, Polybutylenterephthalat oder Polyamid, jeweils Verstärkungsfasern aufweisend, insbesondere Glasfasern.

Die Membran kann mit dem relativ zum Grundkörper beweglichen Membranträger durch Kleben und/oder Schweißen, insbesondere durch Ultraschallschweißen, verbunden sein. Hierdurch kann eine kostengünstige Herstellung sowie eine ausreichende Dichtheit er reicht werden. Alternativ kann die Membrane auch entlang einer umlaufenden Dichtlinie mit dem Membranträger verklebt werden.

Durch die erfindungsgemäße Konstruktion mit einem relativ zum Grundkörper verlager baren Membranträger, an dem die semipermeable Membran befestigt ist, ergibt sich ein im Vergleich mit dem Stand der Technik deutlich genauer festlegbarer Notentgasungs druck. Die Notentgasung wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht durch eine Perforation der Membrane und deren Reißen erreicht, sondern dadurch, dass der Memb ranträger unter Einwirkung eines Gehäuseinnendrucks vom Grundkörper abgehoben wird, wobei zumindest eine Notentgasungsöffnung freigegeben wird. Der Notentgasungs druck wird daher weder durch die toleranzbehaftete Membrandicke noch durch die Aus legung des Abstandes eines Doms von der Membranoberfläche bestimmt, sondern al leine durch die die Einflussgrößen einerseits die eingesetzte Membranfläche und ande rerseits die Anpresskraft, mit der der Membranträger zur Erreichung der Abdichtwirkung auf den Grundkörper gepresst wird. Die Membran bleibt beim Überführen der Entga sungseinheit in den Notentgasungszustand intakt und kann sich nach erneutem Unter- schreiten des Notentgasungsdrucks zusammen mit dem Membranträger reversibel zu rück verlagern, sodass die Entgasungseinheit wieder einsatzbereit ist.

Um auch nach langen Zeiten ohne Notentgasungsvorgang einen fehlersicheren Betrieb zu ermöglichen und insbesondere ein Verkleben von an der Abdichtung des Membran trägers gegenüber dem Grundkörper beteiligten Dichtungen zu vermeiden, ist auf die Auswahl der Dichtungsmaterialien besonderes Augenmerk zu richten. Als„weichere“ Werkstoffe als der Membranträger und/oder Grundkörper haben sich insbesondere Sili konkautschuk (VMQ), Fluorkautschuk (FKM), Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) als geeignete Dichtungswerkstoffe erwiesen. Zusätzlich kann es zur Erreichung einer dauerhaft dichten Verbindung hilfreich sein, die Eigenschaften der Oberfläche der Dich tung entsprechend durch eine Beschichtung, insbesondere Lackierung, zu verändern.

Es versteht sich von selbst, dass unter der Dichtung hierin ein von der Membran ver schiedener Vorrichtungsbestandteil verstanden wird. Anders als im Stand der Technik kann durch Vorsehen einer separaten axialen Lippendichtung sichergestellt werden, dass der Dichtkontakt zwischen Grundkörper und Membranträger eine hohe Dichtheit gegen Eindringen von Fremdkörpern und Wasser aufweist, insbesondere bei Druckbeaufschla gung (Wasserdurchfahrten, Reinigung mit Hochdruckreiniger).

Eine axiale Dichtung bietet gegenüber einer radialen Dichtung den Vorteil, dass die Lö sekräfte deutlich geringer ausfallen. Während eine radiale Dichtung, insbesondere unter Einsatz von radial dichtenden O-Ringen, im Dichtsitz„verkleben“ kann, ermöglicht eine axiale Lippendichtung zu jedem Zeitpunkt ein axialkraftarmes Lösen.

Als weiteren Vorteil weist die erfindungsgemäße Entgasungseinheit einen möglichst gro ßen Strömungsquerschnitt zur Notentgasung auf. Nach Abheben des Membranträgers von der Gasdurchtrittsöffnung des Grundkörpers steht quasi der volle Querschnitt der Gasdurchtrittsöffnung auch für die Notentgasung zur Verfügung. Dies ist einem schnellen Druckabbau mit einer Minimierung der erwartbaren Schäden am Batteriegehäuse zuträg lich.

Schließlich kann der Notentgasungsdruck nicht nur mit einer geringeren Schwankungs- breite festgelegt werden, sondern es ist zudem möglich, eine Auslösung bei deutlich klei neren Differenzdrücken wie bisher zu erreichen, d. h. es ist ein sehr differenziertes An sprechverhalten erzielbar.

Die vorgenannten mit der Erfindung verbundenen Vorteile tragen dazu bei, dass Elektro nikgehäuse, insbesondere Batteriegehäuse, welche mit einer erfindungsgemäßen Ent gasungseinheit ausgestattet werden, ggf. dünnwandiger und damit materialsparender und damit kostengünstiger bereit gestellt werden können.

Für die semipermeable Membran können sämtliche Materialien eingesetzt werden, die eine Gasdurchlässigkeit zur Be-/Entlüftung im Normalbetrieb und eine hinreichend hohe Wasserundurchlässigkeit aufweisen. Als bevorzugtes Material für die semipermeable Membran kann Polytetrafluorethylen (PTFE) eingesetzt sein. Die semipermeable Memb ran weist eine durchschnittliche Porengröße auf, die zwischen 0,01 Mikrometer und 20 Mikrometer liegen kann. Die Porosität liegt vorzugsweise bei ca. 50 %; die mittlere Po rengröße beträgt bevorzugt etwa 10 Mikrometer.

Die semipermeable Membran kann bevorzugt als folienartige bzw. folienförmige bzw. scheibenförmige, dünne Membran gestaltet sein. Die gaspermeable Membran weist eine für die Gaspermeation wirksame Membran-Oberfläche auf, die an ihrem Außenumfang bevorzugt eine rechteckige oder runde Außenkontur aufweisen kann. Es versteht sich jedoch, dass der Außenumfang der Membran auch anders gestaltet sein kann. Bei der Membran handelt es sich bevorzugt um eine dünne Flachmembran, deren für den Gas durchtritt wirksame, voneinander weg weisenden Membran-Oberflächen im Wesentli chen parallel zu einander und vorzugsweise im Wesentlichen planar ausgebildet sind.

Die Membrandicke der Membran ist sehr viel kleiner als ihre übrigen Außenabmessun gen. Die Membran kann eine Mindestbreite und/oder eine Mindestlänge oder einen Min-dest-Außendurchmesser von gleich oder größer 20 mm, vorzugsweise von gleich oder größer 30 mm, insbesondere von gleich oder größer 40 mm, überspannen. Die Memb randicke kann insbesondere um mindestens das 20-fache, vorzugsweise um mindestens das 40-fache, insbesondere um mindestens das 100-fache, kleiner sein als die Mindest breite und/oder die Mindestlänge oder der Mindest-Außendurchmesser der Membran.

Die Membrandicke kann 1 Mikrometer bis 5 Millimeter betragen, wobei eine Membrandi cke von 0, 1 bis 2 mm, insbesondere 0,15 bis 0,5 mm, bevorzugt wird.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung kann an dem Membranträger an einer zu dem Grundkörper weisenden Innenseite oder an dem Grundkörper an einer zu dem Memb ranträger weisenden Außenseite eine um die Gasdurchtrittsöffnung umlaufende Dich tung, bevorzugt eine Lippendichtung, angeordnet sein, welche in dem Normalbetriebszu stand die Gasdurchtrittsöffnung gegenüber der Membran abdichtet. Die Dichtung kann in einer besonderen Ausführungsform an den Membranträger oder Grundkörper angespritzt sein, beispielsweise durch ein 2K-Spritzgießverfahren. Alternativ kann sie auch angeklebt sein.

Bevorzugt weist die Lippendichtung zumindest eine Dichtlippe mit einer quasi linienför migen Dichtlinie auf, welche möglichst wenig Anhaftungseffekte erzeugt und auch nach längerer Zeit nicht verklebt. Bevorzugt ist die Dichtung in einer umlaufenden Dichtungs aufnahmenut des Grundkörpers gehalten bzw. fixiert. Alternativ oder zusätzlich kann die Dichtung auch an dem Grundkörper angeklebt oder an diesen mittels eines 2K-Spritz-gießverfahrens angeformt sein. Die Dichtungsaufnahmenut ist bevorzugt an einer zu dem Membranträger weisenden Außenseite des Grundkörpers um die Gasdurchtrittsöffnung umlaufend vorgesehen. Auf einer auf Seiten des Membranträgers gegenüberliegen dem Grundkörper zugewandten Seite des Membranträgers kann eine Dichtlippenaufnahme nut vorgesehen sein, die insbesondere konisch ausgebildet sein kann und die eine durch den Kegeleffekt (Effekt der Konizität) optimierte Abdichtung vermittels der Dichtlippe er möglicht. Alternativ kann die Dichtungsaufnahmenut auch an dem Membranträger an sei ner zu dem Grundkörper weisenden Innenseite vorliegen.

Die zumindest eine Dichtlippe kann gegenüber einer Längsachse einen Winkel zwischen 10° und 60°, bevorzugt zwischen 20° und 45°, einschließen. Dies reduziert die zur Ver formung der Dichtlippe nötigen Axialkräfte und sorgt so unter Einsatz geringer Axialkräfte für eine zuverlässige Abdichtung.

In einer noch weiteren bevorzugen Ausführungsform kann die Membran umlaufend mit dem Membranträger fluiddicht verbunden sein, insbesondere umlaufend verschweißt, wobei die Membran bevorzugt an einer zu dem Grundkörper weisenden Innenseite des

Membranträgers vorliegt. Eine Anlage bzw. Verbindung mit der Innenseite des Memb ranträgers hat den Vorteil, dass die Membran bei Innendruckeinwirkung quasi form schlüssig gegenüber dem Membranträger gehalten wird und die Verbindung (Verschwei ßung, Verklebung o. ä.) nicht auf Zug belastet wird, was insbesondere bei Einsatz von ohnehin nur schwer fügbaren PTFE-Werkstoffen wichtig ist. Um auch bei Innendruckein wirkung eine unzulässig starke Durchbiegung bzw.„Ausbeulung“ der Membran, welche zu deren Zerstörung führen kann, zu verhindern kann der Membranträger ein Membran-Außenschutzgitter aufweisen, welches die Membranoberfläche außen zumindest teil weise überspannt, jedoch mit einem hinreichend großen Flächenanteil fluiddurchlässig ist, um den Gasaustausch im Normalbetrieb zu ermöglichen.

Gemäß einer noch weiteren, ebenfalls bevorzugten Ausführungsform kann der Memb ranträger durch zumindest ein Federelement an den Grundkörper gepresst werden. Bei dem Federelement kann es sich bevorzugt um eine Druckfeder handeln, insbesondere eine Spiralfeder. Die Erfindung ist allerdings nicht hierauf beschränkt. Vielmehr sind auch weitere hierin nicht explizit genannte Federelemente umfasst, so etwa Tellerfedern und/o der Federzungen. Über eine geeignete Auswahl der Federsteifigkeit des Federelements kann der Entgasungsdruck sehr genau und reproduzierbar festgelegt werden. Zudem kann die Auslösecharakteristik durch den Einsatz von Federn mit maßgeschneiderten Federkennlinien weitergehend angepasst werden, wobei auch progressive oder insbe sondere degressive Federkennlinien sind möglich. Über eine degressive Kennlinie ist es hierbei möglich, ein gezielt träges Ansprechverhalten einzustellen, während über eine progressive Kennlinie ein schnelleres Ansprechverhalten realisiert werden kann.

Darüber hinaus kann die Entgasungseinheit eine Abdeckhaube aufweisen, welche mit dem Grundkörper verbunden ist, wobei die Abdeckhaube bevorzugt zumindest eine Be-/Entlüftungsöffnung aufweist. Die Abdeckhaube stellt sicher, dass die Membran von au ßen weder mit Fremdkörpern, etwa spitze Gegenstände wie Schraubendreher o.ä., noch mittels Flochdruckreinigern und/oder Dampfstrahlern beschädigt werden kann und trägt so wirksam zu einer hohen IP-Schutzklasse bei.

Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass sich das Federele ment einenends an einer zu dem Membranträger weisenden Innenfläche der Abdeck haube und anderenends an einer zu der Abdeckhaube weisenden Außenfläche des

Membranträgers abstützt. Die Abdeckhaube hat bevorzugt eine Federführung bzw. einen Federteller an ihrer zu dem Membranträger weisenden Innenseite, der dazu ausgebildet ist, ein insbesondere radiales Verrutschen der Feder zu vermeiden. Die Federführung bzw. der Federteller hat hierzu besonders bevorzugt einen Flülsenabschnitt, der sich axial erstreckt und von welchem, im Falle einer Spiralfeder als Federelement, die Feder koaxial gestützt wird. Der Membranträger kann ebenfalls eine Federführung bzw. einen Feder teller aufweisen, der bevorzugter Weise an der der Abdeckhaube zugewandten Außen seite des Membranträgers vorliegt.

Eine weitere, ebenfalls bevorzugte, Ausführungsform sieht vor, dass die Abdeckhaube den Außenumfang des Grundkörpers zumindest teilumfänglich übergreift und bevorzugt mittels eines Rastelementeingriffs an dem Außenumfang des Grundkörpers befestigt ist. Mit„Übergreifen“ ist hierin ein axiales Überlappen verbunden. Über die Verbindung der Abdeckhaube mit dem Grundkörper kann die Federkraft, welche gemäß einigen Ausfüh rungsformen in die Abdeckhaube eingeleitet wird, in den Grundkörper übertragen wer den. Es kommen zur Befestigung der Abdeckhaube an dem Grundkörper jedoch auch andere Befestigungsmittel in Betracht, etwa form- oder kraftschlüssige Befestigungsmittel wie Schrauben oder Hinterschnitte.

Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass zwischen dem Grundkörper und dem Memb ranträger zumindest eine Linearführung vorliegt, die dazu ausgebildet ist, den Membran träger beim Überführen von dem Normalbetriebszustand in den Notentgasungszustand und umgekehrt axial zu führen. Dies hat den Vorteil, dass vergleichsweise große Hübe des Membranträgers realisiert werden können ohne dass die Gefahr besteht, dass dieser verkippt. Große Hübe haben wiederum den entscheidenden Vorteil, dass ein möglichst großer Durchströmquerschnitt zur Notentgasung bereitgestellt werden kann.

Die Linearführung ist bevorzugt als eine Kombination von zumindest einem korrespon dierenden Zapfen und zumindest einer Bohrung ausgebildet, wobei bevorzugt an einer zu dem Membranträger weisenden Außenseite des Grundkörpers zumindest eine Boh rung vorliegt und an der zu dem Grundkörper weisenden Innenseite des Membranträgers ein mit der Bohrung korrespondierender Zapfen, welcher in der Bohrung geführt ist. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt, sondern erfasst auch invertierte Ausführun- gen mit Zapfen am Grundkörper und Bohrungen am Membranträger. Die Querschnitts form der Bohrungen und Zapfen ist nicht auf kreisförmige Querschnitte beschränkt, son dern erfasst jegliche komplementäre Formen, die in der Lage sind, eine Linearführung des Membranträgers bezüglich des Grundkörpers zu ermöglichen, so beispielsweise eine Kombination einer Nut als„Bohrung“ und eines komplementären Schwertes als„Zapfen“, zudem sonstige zumindest abschnittsweise polygonale oder elliptische Querschnittsfor men.

Ferner kann vorgesehen sein, was ebenfalls bevorzugt ist, dass die Gasdurchtrittsöff nung des Grundkörpers von einem fluiddurchlässigen Schutzgitter zumindest teilweise abgedeckt ist, bevorzugt vollflächig abgedeckt. Das Schutzgitter dient als Eingriffsschutz in einen Innenraum des Elektronikgehäuses, sodass Gegenstände wie beispielsweise Schraubendreher o. ä. nicht in das Innere gelangen können. Dies ist insbesondere wich tig, da Traktionsbatterien für Fahrzeuge häufig im Hochvoltbereich betrieben werden und hierdurch Gefahren drohen. Das Schutzgitter kann eine Vielzahl an beabstandeten Git terstegen aufweisen, deren Mindestabstand so zu wählen ist, dass ein Eingriff sicher aus geschlossen werden kann. Die Gitterstege können in einem rechtwinkligen Raster oder als eine Kombination von umfänglich und radial verlaufenden Gitterstegen angeordnet sein.

Das Schutzgitter kann insbesondere einteilig mit dem Grundkörper ausgebildet sein oder als ein separates Bauteil mit diesem verbunden sein, insbesondere an einer in dem Mon tagezustand der Entgasungseinheit zu dem Elektronikgehäuse weisenden Innenseite des Grundkörpers. Das Schutzgitter kann bevorzugt ein Metall oder einen Kunststoff aus-weisen oder daraus bestehen, bevorzugt Polypropylen und/oder Polybutylenterephthalat, jeweils bevorzugt Verstärkungsfasern aufweisend, insbesondere Glasfasern. Ein Schutz gitter aus Metall hat den Vorteil, dass auch nach einer Hochtemperatureinwirkung (z. B. Brand) die Schutzfunktion beibehalten wird. Bei einer separaten Ausführung des Schutz gitters kann dieses mit dem Grundkörper etwa verschraubt, vernietet oder mittels Heiß stempel verbunden sein.

Als Werkstoffe für den Grundkörper und/oder die Abdeckhaube kommen Kunststoffe in Betracht, insbesondere thermoplastische Kunststoffe, die durch Spritzgießen verarbeit- bar sind. Bevorzugt besteht der Grundkörper und/oder die Abdeckhaube aus Polypropy len, Polybutylenterephthalat oder Polyamid, jeweils Verstärkungsfasern aufweisend, ins besondere Glasfasern, oder weist zumindest einen dieser Werkstoffe zumindest auf.

Ferner kann der Grundkörper zumindest ein Verbindungsmittel aufweisen, mit dem die Entgasungseinheit mit dem Elektronikgehäuse verbindbar ist, wobei das Verbindungs mittel bevorzugt als Bajonettverbindungsmittel oder als Gewindeverbindungsmittel aus gebildet ist. Besonders bevorzugt ragt das Bajonettverbindungsmittel von einer in dem Montagezustand zu dem Elektronikgehäuse weisenden Innenseite des Grundkörpers axial ab. Bei einer Ausbildung als Gewindeverbindungsmittel kann das Verbindungsmittel bevorzugt durch eine oder mehrere Gewindebuchse(n) (insbesondere Gewindeeinsatz in Kunststoff) gebildet sein.

Alternativ oder zusätzlich kann die Entgasungseinheit eine Gehäusedichtung aufweisen, welche die Gasdurchtrittsöffnung des Grundkörpers an seiner Innenseite umlaufend umgibt. Die Gehäusedichtung kann als Axial- oder Radialdichtung ausgebildet sein, d. h. insbesondere an einer Stirnfläche (im Falle der Axialdichtung) oder an einer Mantelfläche (im Falle der Radialdichtung) vorliegen. Die Gehäusedichtung kann als O-Ring, welcher in einer korrespondierenden Nut des Grundkörpers aufgenommen ist, oder als ange spritzte Dichtkomponente ausgebildet sein. Eine Anordnung der Gehäusedichtung in Axi alkonfiguration wird bevorzugt, wobei besonders bevorzugt die Gehäusedichtung ein Ba jonettverbindungsmittel welches insbesondere axial abragt, umgibt.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Elektronikgehäuse, insbesondere ein Batte riegehäuse, insbesondere einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs. Als weitere Ein satzmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Entgasungseinheit neben Traktionsbatterien ergeben sich etwa Schaltschränke oder Transformatorengehäuse. Das Elektronikge häuse hat zumindest eine Gehäusewandung mit einer Druckausgleichsöffnung, wobei in dem Elektronikgehäuse bevorzugt Batteriezellen anordenbar sind und wobei die Druck ausgleichsöffnung von einer erfindungsgemäßen Entgasungseinheit verschlossen ist, sodass in einem Normalbetriebszustand ein Gasaustausch zwischen einem Innenraum des Elektronikgehäuse und der Umgebung möglich ist, jedoch das Eindringen von Feuch tigkeit (Wasser), Schmutz und Fremdkörpern wirksam verhindert und eine schnell aus lösbare Notentgasungsfunktion gegeben ist, welche im Falle eines Druckanstieges im

Innenraum eine Beschädigung bzw. Zerstörung der Wandung des Elektronikgehäuses verhindert.

Gemäß einer Weiterbildung kann an der Gehäusewandung in einem die Druckaus gleichsöffnung umgebenden Bereich zumindest ein mit dem Bajonettverbindungsmittel der Entgasungseinheit korrespondierendes Gegenverbindungsmittel vorliegen.

Schließlich kann die Gehäusewandung an einer Außenseite eine die Druckausgleichs öffnung umlaufende Dichtfläche aufweisen, an der in einem Montagezustand die Gehäu sedichtung der Entgasungseinheit anliegt. Die Dichtfläche ist bevorzugt als ein Bereich der Wandung des Elektronikgehäuses mit möglichst geringen Abweichungen hinsichtlich Ebenheit und geringer Rauheit ausgebildet. Geeigneter Weise weist das Elektronikge häuse bzw. zumindest dessen Wandung einen Metallwerkstoff auf oder besteht daraus, sodass die Dichtfläche hinsichtlich der o. g. Eigenschaften einfach durch mechanische Bearbeitung erhalten werden kann.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

E zeigen:

Fig. 1 eine isometrische Explosionsansicht einer erfindungsgemäßen Entgasungs einheit;

Fig. 2 eine Längsschnittansicht der erfindungsgemäßen Entgasungseinheit im Nor malbetriebszustand;

Fig. 3 eine Längsschnittansicht der erfindungsgemäßen Entgasungseinheit im No tentgasungszustand;

Fig. 4 eine Längsschnittansicht der erfindungsgemäßen Entgasungseinheit im Nor malbetriebszustand mit ausgeblendeter Abdeckhaube;

Fig. 5 Detail B aus Fig. 4;

Fig. 6 Detail einer alternativen Dichtungslösung.

Ausführungsformen der Erfindung

In Fig. 1 ist die erfindungsgemäße Entgasungseinheit 10 in einer isometrischen Explosi- onsdarstellung gezeigt. Diese verfügt über einen Grundkörper 1 , der über Bajonettver bindungsmittel 13, die von einer inneren Stirnfläche des Grundkörpers 1 axial abragen mit dem Rand einer Druckausgleichsöffnung eines Elektronikgehäuses, insbesondere eines Batteriegehäuses einer Traktionsbatterie, verbindbar ist. Zur fluiddichten Abdich tung des Grundkörpers 1 gegenüber der Wandung des Elektronikgehäuses ist eine Gehäusedichtung 7 vorgesehen, die hier als axial wirkender O-Ring ausgebildet ist. Der Grundkörper hat eine Gasdurchtrittsöffnung 15, durch die sowohl im Normalbetriebszu stand ein Druckausgleich erfolgt als auch im Notentgasungszustand Druck aus dem Batteriegehäuse entweichen kann. Die Gasdurchtrittsöffnung 15 ist von einem fluiddurch lässigen Schutzgitter 12 abgedeckt, welches einen Eingriffschutz bereit stellt und verhin dert, dass spannungsführende Bauteile im Inneren des Elektronikgehäuses berührt und/oder durch spitze Gegenstände beschädigt werden. Das Schutzgitter 12 hat eine Vielzahl Gitterstege, die sowohl umlaufend als auch in Radialrichtung angeordnet sind und ein Netz von Gitterstegen bilden. Das Schutzgitter 12 ist im vorliegenden Ausfüh rungsbeispiel einstückig mit dem Grundkörper 1 ausgebildet, insbesondere einstückig spritzgegossen.

Weiter verfügt die Entgasungseinheit 10 über einen Membranträger 2, welcher in Axial richtung relativ zu dem Grundkörper 1 verlagerbar ist, d. h. er weist einen Bewegungsfrei heitsgrad in Axialrichtung auf. Der Membranträger 2 trägt auf seiner zu dem Grundkörper 1 weisenden Innenseite eine semipermeable Membran 6, welche für gasförmige Fluide durchlässig ist, den Durchtritt von Festkörpern und Flüssigkeiten jedoch unterbindet. Die semipermeable Membran 6 ist um die Gasdurchtrittsöffnung 24 des Membranträgers 2 herum fluiddicht mit dem Membranträger 2 verbunden, bevorzugt verschweißt oder verklebt. Der Membranträger 2 wird in dem Normalbetriebszustand der Entgasungsein heit 10 von einem Federelement 4, hier einer Spiralfeder, in einer zu dem Grundkörper 1 weisenden Richtung axial verpresst, sodass eine in Axialrichtung zwischen Membran träger 2 und Grundkörper 1 vorgesehene umlaufende Dichtung 5 den Membranträger 2 gegenüber dem Grundkörper 1 abdichtet. Im Normalbetriebszustand, in dem ein Gasaus tausch zwischen Innenraum des Elektronikgehäuses und der Umgebung stattfindet (auf grund von Luftdruckschwankungen und/oder Temperaturänderungen), steht daher ausschließlich die Membranfläche 61 zur Durchströmung zur Verfügung.

Steigt nun der Innendruck in dem Elektronikgehäuse an, so vergrößert sich die auf die Membranfläche 61 einwirkende Druckkraft in gleichem Maße, sodass ab einem

vorbestimmten Grenzdruck die auf die Membranfläche 61 einwirkende Druckkraft und die den Membranträger 2 axial anpressende Federkraft sich aufheben, sodass bei einem weiteren Innendruckanstieg der Membranträger 2 samt Membran 6 axial vom Grund körper 1 abgehoben wird und zumindest eine die Membran 6 umgehende Notentgas ungsöffnung freigegeben wird. Dieser Zustand wird als Notentgasungszustand be zeichnet und ist in Fig. 3 näher dargestellt. Gründe für einen starken Innendruckanstieg können in einer plötzlichen Temperaturerhöhung und/oder schlagartigen Gasentwicklung in dem Elektonikgehäuse liegen, was insbesondere bei Traktionsbatterien passieren kann, da Zelldefekte nie vollständig ausgeschlossen werden können.

Die Spiralfeder 4, welche die Anpresskraft auf den Membranträger 2 ausübt, stützt sich einenends an der Innenseite der Abdeckhaube 3 ab und anderenends an einer zu der Abdeckhaube 3 weisenden Außenseite des Membranträgers 2. Die Abdeckhaube 3 ist zur Ableitung der Federkräfte mit dem Grundkörper 1 verbunden; sie umgreift mit einem Umfangsrand den Grundkörper 1 umfänglich radial außen und ist mit diesem durch Rastelementeingriffe formschlüssig verbunden. Der Rastelementeingriff wird durch die Kombination korrespondierender Rasthaken 14 an einer Mantelfäche des Grundkörpers 1 und Rastöffnungen 31 in einer Mantelfläche der Abdeckhaube 3 realisiert. Die Abdeckhaube 3 hat eine Vielzahl umfänglich verteit angeordneter Be-/Entlüftungs-öffnungen 32, durch die sowohl im Normalbetriebszustand als auch im Notentgasungszu stand Gase in das bzw. aus dem Elektronikgehäuse strömen können.

Damit die Spiralfeder 4 sowohl im Normalbetriebszustand als auch im Notentgasungszu stand in Radialrichtung sicher gehalten wird ist auf der der Abdeckhaube 3 zugewandten Außenfläche des Membranträgers 2 eine Federführung 22 vorgesehen, die aus einer Vielzahl umfänglich verteilter Erhebungen mit Axialerstreckung besteht, die von der Spiralfeder 4 umgeben sind. In anderen Ausführungsformen kann die Spiralfeder auch innerhalb der Federführung 22 vorliegen und/oder die Federführung als durchgängiger hülsenförmiger Fortsatz ausgebildet sein. Die Federführung 22 ist über radial verlaufende Verbindungselemente, hier Anschlagbrücken 23, mit einem Außenumfang des Membran trägers 2 verbunden, wobei in einem Ringspalt zwischen Außenumfang und Federfüh rung 22 die Gasdurchtrittsöffnung(en) 24 des Membranträgers 2 ausgebildet ist (sind).

Zur Begrenzung des Flubes des Membranträgers 2 zwischen dem Normalbetriebszu stand und dem Notentgasungszustand sind die Anschlagbrücken 23 in Axialrichtung in

Richtung der Abdeckhaube auskragend ausgebildet, sodass diese bei maximaler Öff nung (= maximaler Hub des Membranträgers) an jeweils korrespondierenden Gegenan schlagsflächen auf einer zu dem Membranträger 2 weisenden Innenseite der Abdeck haube 3 zur Anlage kommen.

Die Dichtung 5, die zwischen Membranträger 2 und Grundkörper 1 vorliegt, weist zwei Bereiche auf, einen Befestigungsbereich 52, mit welchem sie in der umlaufenden Dichtungsaufnahmenut 16 des Grundkörpers 1 aufgenommen ist, und eine Dichtlippe 51 mit einer gegenüber dem Befestigungsbereich 52 reduzierten Materialstärke. Der Befestigungsbereich 52 und die Dichtlippe 51 sind jeweils umlaufend ausgebildet, sodass die Dichtung eine Ringdichtung bildet. Der Befestigungsbereich 52 der Dichtung 5 ist in einer Dichtungsaufnahmenut 16 des Grundkörpers 1 aufgenommen, welche die Gas durchtrittsöffnung 15 radial außen umgibt. Die Dichtlippe 51 liegt an einem dem Be festigungsbereich 52 axial abgewandten Ende der Dichtung 5 vor und ist dazu ausgebildet, in dem Normalbetriebszustand an einer Dichtungsgegenfläche an einer dem Grundkörper 1 zugewandten Seite des Membranträgers 2 dichtend anzuliegen. Hierzu wird auf die Fig. 2 verwiesen, in der dies gut erkenntlich ist. An der Dichtungsgegenfläche hat der Membranträger 2 eine Dichtlippenaufnahmenut 25, welche radial innenliegend über eine umlaufende gegenüber der Längsachse angestellte Führungsfläche verfügt, die die Dichtlippe 51 der Dichtung 5 beim Rücküberführen der Entgasungseinheit 10 von dem Notentgasungszustand in den Normalbetriebszustand führt und zentriert.

Wie hierin bereits beschrieben, ist einer der Vorteile der vorliegenden Erfindung der im Notentgasungszustand große Durchströmquerschnitt der Notentgasungsöffnung(en), welcher durch einen großen Hub des Membranträgers 2 gegenüber dem Grundkörper 1 erreicht wird. Damit der Membranträger 2 auch bei maximalem Hub nicht verkippt und/oder unzulässig in Radialrichtung verlagert ist eine Linearführung vorgesehen, die durch miteinander korrespondierende Bohrungen 1 1 und Zapfen 21 gebildet wird. Die Zapfen 21 liegen am Membranträger 2 vor und erstrecken sich in Axialrichtung frei nach innen zu dem Grundkörper 1 . Die Zapfen 21 sind jeweils in Bohrungen 1 1 des Grund körpers 1 geführt, die in Axialrichtung zu dem Membranträger 2 nach außen hin offen sind. Die Länge der Zapfen 21 ist derart im Hinbick auf den maximalen Hub dimensioniert, dass diese auch bei Maximalhub noch mit einer vorbestimmten Mindestlänge in den Bohrungen 1 1 geführt sind. Die Linearführungen stellen auch sicher, dass die Dichtlippe 51 der Dichtung 5 stets an der für sie vorgesehen Gegendichtfläche in der Dichtlippenauf nahmenut 25 des Membranträgers zur Anlage kommt und nicht radial versetzt, was zu Undichtigkeiten im Betrieb führen könnte. Hierdurch ist also sichergestellt, dass die Ent gasungseinheit 10 nach erfolgter Überführung in den Notentgasungszustand wieder problemlos in den Normalbetriebszustand zurück kehren kann; d. h. die reversible Funk tionalität wird entscheidend durch die Linearführung mit ermöglicht.

In der Fig. 2 ist nun die Entgasungseinheit 10 in einem Längsschnitt im Normalbetriebs zustand dargestellt. Der Membranträger 2 wird durch die sich an der Abdeckhaube 3 abstützende Druckfeder 4 axial unter Zwischenschaltung der Dichtung 5 an den Grund körper 1 gepresst. Der einzige Gasaustausch erfolgt durch die Membran 6, welche seriell zu der Gasdurchtrittsöffnung 15 des Grundkörpers und der Gasdurchtrittsöffnung 24 des Membranträgers 2 durchströmbar ist. Auch ist der Rastelementeingriff zur Befestigung der Abdeckhaube 3 am Grundkörper gut zu erkennen, wobei die an dem Grundkörper 1 vorliegenden Rasthaken 14 als radiale Ausbuchtungen vorliegen. Die Druckfeder 4 wird auf Seiten der Abdeckhaube 3 ebenfalls radial durch eine Federführung 33 geführt, welche als koaxial in die Druckfeder 4 einragender Dom 33 ausgebildet ist. In dem Normalbetriebszustand liegt die Membran 6, welche mit einer Innenseite des Mem branträgers 2 die Gasdurchtrittsöffnung 24 umgebend umaufend verschweißt ist, an dem Schutzgitter 12 des Grundkörpers 1 an.

Wird die Entgasungseinheit 10 nun durch oben beschriebenen Anstieg des Innendrucks in dem Elektronikgehäuse in den Notentgasungszustand überführt, wird der Membran träger unter Einwirkung dieses Druckes axial in Richtung der Abdeckhaube (nach außen) verlagert; dieser Zustand ist in der Fig. 3 dargestellt. Der maximale Hub H des Membranträgers 2 gegenüber dem Grundkörper ist mit H bezeichnet, sodass eine umlaufende Notentgasungsöffnung N frei gegeben ist, welche es ermöglicht, dass der Gehäuseinnendruck entlang des Notentgasungs-Gaspfades G in die Umgebung gelang en kann. Der Durchströmquerschnitt der Notentgasungsöffnung N wird durch den Axial spalt zwischen der Dichtlippe 51 und der korrespondierenden Gegendichtläche in der Dichtlippenaufnahmenut 25 des Membranträgers 2 bestimmt. Von der Notentgasungs öffnung N verläuft der Notentgasungs-Gaspfad G entlang der Innenkontur der Abdeck haube 3 und schließlich durch die Be-/Entlüftungsöffnungen 23.

Fällt der Gehäuseinnendruck wieder unter einen vorgegebenen Schließdruck, d. h. über steigt die Federkraft wieder die Druckkraft auf die Membranfläche 61 , verlagert sich der Membranträger 2 axial wieder zurück (Flysterese) und wird dabei durch die Linearführung gestützt, sodass die Dichtlippe 51 exakt zentriert an der Gegendichtfläche in der Dicht-lippenaufnahmenut 25 in einem Dichtkontakt zur Anlage kommen kann.

Dieser Dichtkontakt ist in den Fig. 4 und Fig. 5 im Detail zu erkennen, wobei die Abdeckhaube 3 und die Druckfeder 4 der besseren Übersichtichkeit wegen ausgeblendet sind. Fig. 5 zeigt Detail B aus Fig. 4.

In der Fig. 6 ist eine zur Fig. 5 alternative Dichtungsbefestigung gezeigt. Die Dichtung 5 ist hierbei an den Membranträger 2 in einem 2K-Spritzgussverfahren angespritzt, wobei der Membranträger zumindest eine Ausnehmung aufweist, durch die Dichtungsmaterial durchgespritzt ist. Die Dichtung kann gemäß dieser und anderen Ausführungsformen (auch bei nicht-angespritzter Dichtung) auch mehr als eine Dichtlippe 51 aufweisen, die bevorzugt koaxial, bevorzugt konzentrisch, zueinander angeordnet sind. Hierbei kann eine der Dichtlippen 51 eine größere Länge haben als die andere, wobei hierdurch die zur Verpressung bzw. Erreichung der Dichtkraft nötigen Axialkräfte reduziert werden können.

Bezuqszeichenliste

10 Entgasungseinheit

1 Grundkörper

11 Führungsbohrungen

12 Schutzgitter

13 Bajonettverbindungsmittel

14 Rasthaken

15 Gasdurchtrittsöffnung

151 Rand der Gasdurchtrittsöffnung

16 Dichtungsaufnahmenut des Grundkörpers

2 Membranträger

21 Führungszapfen

22 Federführung

23 Anschlagbrücke

24 Gasdurchtrittsöffnung des Membranträgers

25 Dichtlippenaufnahmenut des Membranträgers

3 Abdeckhaube

31 Rastöffnungen

32 Be-/Entlüftungsöffnung

33 Federführung

4 Federelement/Spiralfeder

5 Dichtung/Lippendichtung

51 Dichtlippe

52 Befestigungsbereich der Dichtung

6 semipermeable Membran

61 Äußere Membranoberfläche

7 Gehäusedichtung

G Gasströmung bei Notentgasung

N Notentgasungsöffnung/-strömungsquerschnitt