本发明涉及一种具有过压防护机构的壳体。这样的壳体在实践中应用在许多技术领域中，以便防护所述壳体或其内容物免受损坏性的过压。作为过压防护机构在此通常采用安全阀或者所谓的爆破片，它们在达到或者超过最大允许的壳体内压时进行响应并且由此允许通过把布置在壳体内部中的流体排出到周边环境中来实现该壳体内压的减小。安全阀在壳体内压下降时一般自动地闭合，从而所述壳体必要时在没有另外的措施时能够被继续使用。而爆破片由于其响应于不被允许的壳体内压而依照额定破裂位置被损坏并且为了所述壳体的继续使用必须被替换。
背景技术：
安全阀以及还有爆破片在其制造或装配中是繁琐的并且因此构成不可忽略的成本因素。由橡胶弹性能够形变的材料形成的密封塞(该密封塞在卸压开口中布置在径向的压合座中)到目前为止并不是前述爆破片或安全阀的合适的替换件，因为密封塞的响应特性尤其在低的最大允许的壳体内压时到目前为止并非足够可靠。
技术实现要素：
因此本发明的任务是，给出一种具有过压防护机构的壳体，所述过压防护机构具有卸压开口和膜密封塞，该壳体能够以简单的和成本有利的方式制造并且在该壳体中所述膜密封塞即使在小的壳体内压时也具有可靠的响应特性，从而所述壳体即使在关键的应用、例如作为用于锂电池组或类似物的电池组壳体时也能够被采用。
此任务通过具有在权利要求1中所给出的特征的壳体来解决。本发明的有利的改进方案在说明书以及从属权利要求中给出。
根据本发明的壳体具有带有卸压开口的过压防护机构，该卸压开口从所述壳体内部或壳体内侧延伸至壳体外侧。在所述卸压开口中，由橡胶弹性能够形变的材料形成的膜密封塞布置在密封座中，该密封座将卸压开口不透流体地闭锁。所述膜密封塞具有中央区段和弯折的边缘区段，该边缘区段在膜密封塞的没有被压力加载的运行状态下从所述中央区段朝向所述壳体外侧延伸离开。所述边缘区段由此与中央区段在没有被压力加载的状态下形成≤180°、优选大约90°的角。
所述膜密封塞经由边缘区段在相对于膜密封塞的中轴线的径向方向上完全密封地贴靠在限定卸压开口的壳体壁处。换而言之，膜密封塞构造为径向密封元件。
膜密封塞的中央区段通过上升的壳体内压(pi)沿着轴向方向能够如此形变，即，所述边缘区段能够通过从所述中央区段的形变中得出的拉应力z与压力成比例地在轴向方向上从内向外逐步地从所述壳体壁34脱离，直到所述膜密封塞在达到或超过预先给定的最大的壳体内压pi时释放所述卸压开口18。
由于中央区段的形变、例如中央区段的由于(还)贴靠在壳体壁处的自由边缘区段所引起的伸缩式的外展，将拉应力施加到所述自由边缘区段上，通过该拉应力使得所述边缘区段与压力成比例地连续地从所述壳体壁脱去。所述拉应力具有径向指向的和轴向(朝向壳体外侧)指向的分量。通过所述拉应力能够以可靠的方式克服在边缘区段和壳体壁之间存在的摩擦锁合，以用于壳体内部的卸压，并且将边缘区段经由中央区段从卸压开口中运动出去。总体上能够由此实现过压防护机构的到目前为止未被达到的灵敏且精准的响应特性。依赖于膜密封塞的材料选择和所采用的材料强度，甚至最大的壳体内压(该壳体内压仅稍微(以十分之几或百分之几巴)超过大气环境压力(大气压))，能够保证壳体内部的可靠的卸压。橡胶弹性能够形变的膜密封塞在此能够相比于安全阀或爆破片以简化并且成本有利的方式制造并且装配在壳体处。显然的是，膜密封塞在其对壳体过压的单次响应之后必须重新安装到卸压开口中置于其密封位置，或以相应于爆破片的方式必须被更换。
壳体内部相对于周边环境的尤其可靠的密封按照本发明通过如下方式实现：边缘区段对于壳体壁的径向的接触压力在布置在密封座中的膜密封塞的没有被压力加载的状态下在轴向上朝向所述壳体内侧升高。所述接触压力或接触压力分布在该情况中沿着轴向方向在壳体内部附近具有最大值。
对于膜密封塞的极其灵敏且可靠的响应特性而言，膜密封塞的边缘区段在膜密封塞的没有被压力加载的状态下沿着轴向方向延伸直到壳体外侧或基本上直到壳体外侧。作为备选方案，所述自由边缘区段能够在没有被压力加载的状态下甚至伸出超过壳体外侧。由此所述膜密封塞的自由边缘区段在达到预先给定的最大的壳体内压时能够经由壳体边缘(壳体壁和壳体外侧通过该壳体边缘相接)凭借膜密封塞的弹性回位趋势的支撑作用，简单地完全从卸压开口中沿着轴向方向运动出来或抬起来。
膜密封塞根据本发明松弛地安装或布置在卸压开口中。
膜密封塞的中央区段在没有被压力加载的状态下具有布置在中轴线上的并沿着轴向方向向着所述壳体的外侧指向的(中央的)凹部(＝凹陷)。由此中央区段的经限定的形变能够在膜密封塞被压力加载时得以保证，通过该压力加载使得边缘区段在周向方向上均匀地从由壳体壁形成的密封面在径向方向上移走或脱去。
按照本发明的一个尤其优选的改进方案，膜密封塞的中央区段在横截面方面锯齿形地构造。膜密封塞的中央区段例如能够具有w形亦或双w形的横截面。由此能够一方面实现中央区段的前述的中央的凹部。此外，由此在径向方向上实现膜密封塞对于膜密封元件的密封功能所需的增强。边缘区段对于壳体壁的预期的接触压力能够由此被简化地调节。
膜密封塞按照本发明优选一体式地构造。由此能够成本有利地并且以很小的制造公差来制造膜密封塞，以便保证配合精确地并且在周向方向上均匀密封地贴靠在所述壳体的壳体壁处。
显然的是，膜密封塞基于对于其密封能力所需的相对于卸压开口的径向过盈在其安装到卸压开口中之后首先经受一定程度的压缩永久变形。这是弹性体的固有特性并且必须在膜密封塞的材料选择以及尺寸设定时被相应地考虑。
膜密封塞优选具有统一的厚度或者基本上统一的厚度。在后者情况下，膜密封塞的厚度优选最大以膜密封塞的额定厚度(＝平均厚度)的30％变化。
在制造技术方面下，膜密封塞相对于中轴线优选旋转对称地构造。
通过如下方式能够再次继续简化所述壳体或膜密封塞的装配，即，限定卸压开口的壳体壁构造用于膜密封塞的轴向止挡部。由此能够以结构简单的方式预先给定膜密封塞到卸压开口中的所期望的插入深度。这尤其在边缘区段与前述的壳体边缘的配合作用方面是有利的。
附图说明
在下文借助在附图中描述的实施例更加详细地阐释本发明。在附图中示出了：
图1以透视图示出用于能量储存器的壳体，所述壳体具有带有卸压开口的过压防护机构，该卸压开口借助于安装在卸压开口中的膜密封塞不透流体地闭锁；
图2以沿着在图1中用a-a表示的剖平面剖开的局部剖视图示出在过压防护机构没有被压力加载的状态下图1中的壳体；
图3以局部剖视图示出在壳体内压提高时图1中的壳体；
图4以局部剖视图示出在相对于图3中的示图壳体内压更大时图1中的壳体；
图5以局部剖视图示出在相对于图4中的示图壳体内压还要更大时图1中的壳体；并且
图6以局部横截面示出在达到预先给定的最大的壳体内压的情况下卸压的时刻中图1中的壳体，其中，膜密封塞释放卸压开口。
具体实施方式
图1示出了用于锂离子蓄电池12的壳体10，因此示出了所谓的电池组壳体。显然的是，所述壳体10也能够应用在其它的技术用途中。
所述壳体10具有两个联接极14，用于将锂离子蓄电池12联接到在附图中没有反映出的电消耗器上，例如联接到机动车的车载电网上。所述壳体10设有能够使用一次的过压防护机构16，该过压防护机构包括卸压开口18和在卸压开口18中布置在密封座中的膜密封塞20。膜密封塞20不透流体地闭锁卸压开口18。
卸压开口18贯穿所述壳体的壳体壁22并且从壳体内部24延伸至壳体外侧26。膜密封塞20如此构造，使得这个膜密封塞在达到预先给定的最大的壳体内压pi时释放卸压开口18，亦即壳体内部24和壳体外侧26或所述壳体10周围的大气环境流体连通地彼此相连。
膜密封塞20由弹性体构成，亦即由橡胶弹性能够形变的材料构成。
在图2中局部地以沿着图1中用a-a表示的剖平面剖开的剖面描述所述壳体。所述壳体10或膜密封塞20在没有被压力加载的运行状态下示出。壳体内压pi因此相当于大气环境压力pa。
膜密封塞20当前一体式构成并且相对于其中轴线28旋转对称地构造。膜密封塞具有用30表示的中央区段和弯折的自由边缘区段32。所述中央区段30覆盖卸压开口18。正如从图2中得知的那样，边缘区段32在没有被压力加载的运行状态下从中央区段30沿着轴向方向向外延伸，亦即从膜密封塞20的中央区段30朝向壳体外侧26延伸离开。
所述膜密封塞20经由其自由边缘区段32在相对于膜密封塞20的中轴线28的径向方向上完全密封地贴靠在限定卸压开口18的壳体壁34处。所述自由边缘区段32由此具有密封唇的功能。要注意的是，所述膜密封塞20的自由边缘区段32在没有被压力加载的运行状态下并非线形地、而是经由其大部分纵向延伸部i密封地贴靠在所述壳体壁34处。
膜密封塞20能够总体上具有统一的厚度d。在所示的实施例中，所述自由边缘区段32具有相比于中央区段30稍微更大的厚度d。所述两个区段的厚度差异优选为最大30％。
膜密封塞20的自由边缘区段32在没有被压力加载的状态下沿着轴向方向至少延伸直到壳体边缘36或者基本上直到壳体边缘36，侧向限定卸压开口18的壳体壁34与所述壳体10的壳体外侧26经由所述壳体边缘相接。壳体边缘36能够(正如这在图2中所示那样)构成为倒圆。所述膜密封塞20的自由边缘区段32也能够沿着轴向方向向外延伸超过所述壳体10的壳体外侧26。
膜密封塞20在没有被压力加载的状态下具有基本上c形的横截面。在此，为了边缘区段32对于壳体壁34的足够的密封能力以及均匀的接触压力，膜密封塞20的中央区段30具有锯齿形或在这里总体上w形的横截面。中央区段30由此具有布置在膜密封塞20的中轴线28上的并向着壳体外侧26指向的或突出的中央的凹部38。凹部的顶点40沿着轴向方向布置在膜密封塞20的两个所述边缘区段32之间。中央区段30的凹部38通过两个中央的翼边42形成，所述翼边共同形成一个钝角的并朝向壳体内部敞开的角α。所述两个中央的翼边40分别经由一个弯折的外围的(径向靠外的)翼边44与所述自由边缘区段32相连接。
膜密封塞20的在径向方向上预紧密封地贴靠在壳体壁34处的边缘区段32的接触压力分布46在图2中用箭头表明。接触压力的最大值48在轴向方向上设在壳体内部附近。接触压力向着壳体外侧26的方向减小。
用于膜密封塞20的壳体壁的台阶式的轴向止挡部50限定了膜密封塞20在卸压开口18中的最大安装深度。
在壳体内压pi升高时，亦即膜密封塞20被在内侧压力加载时，膜密封塞20的中央区段30被轴向地压向壳体外侧26，亦即在轴向方向上相对于膜密封塞20的边缘区段32弹性地向外形变。边缘区段32在此基于膜密封塞20的材料所固有的弹性而被施加径向向内指向的拉应力并且边缘区段沿着轴向方向逐步地从内向外地从壳体壁(在径向方向上)脱离或脱去，直到膜密封塞20在达到或超过经限定的最大的壳体内压pi时完全从其在卸压开口18内的密封座中移开并且释放卸压开口。在这个时刻，壳体内部24与壳体外侧26或所述壳体10周围的大气环境流体连通地连接并且因此实现壳体内部的压力平衡或卸压。这个卸压过程在下文借助于图3至5中的示图更加详细地阐释。
在图3中所述壳体10示例性在具有pi＝1.2bar的壳体内压pi的情况下，亦即在膜密封塞20的内侧的压力加载相对于周边环境压力pa具有200mbar的压差的情况下示出。可很好地看到，膜密封塞20的中央区段30相对于中轴线28的镜像对称的并轴向指向的形变朝向壳体外侧26。
密封地贴靠在壳体壁处的自由边缘区段的接触压力分布示出了两个最大值48，所述最大值在轴向方向上彼此间隔开距离。压力平衡开口18通过所述膜密封塞20继续不透流体地闭锁。
图4示出了在相比于图3具有pi＝1.220bar的更大壳体内压pi的情况下，亦即在膜密封塞20的压力加载具有220mbar的压差的情况下在过压防护机构16的区域中的壳体10。膜密封塞20的中央区段30以其顶点40在轴向方向上越过边缘区段32向外形变。中央区段的作用在边缘区段32处的拉应力用箭头z表示。拉应力的轴向和径向作用的力分量用没有进一步表示的箭头来表明。没有被压力加载的膜密封塞20的在图1中所示出的锯齿形的横截面基本上被消除(消逝)。
所述自由边缘区段32具有仅有一个最大值48的接触压力分布，不同于按照图1的没有被压力加载的运行状态，该最大值此时设在边缘区段32的自由端部的区域中。
所述自由边缘区段32大部分地从壳体壁34移开或移走。
在图5中，所述壳体的壳体内压pi例如为1.222bar。由此不同于在图4中描述的运行状态，膜密封塞20被加载还要更大的压差，在这里为222mbar。所述自由边缘区段32几乎完全从壳体壁34脱去并且就仅还在壳体边缘36的区域中线形或基本上线形地贴靠在壳体壁34处。中央区段30可伸缩地通过所述自由边缘区段32向外伸展(vorstülpen)。
在图6中示出了在达到预先给定的最大的壳体内压pi的时刻，亦即在达到膜密封塞20的打开压力时的所述壳体。膜密封塞20沿着轴向方向从其密封座或其安装位置中从卸压开口18运动出来并且释放该卸压开口。由此实现了在壳体内部24和壳体外侧或所述壳体10周围的大气环境之间的压力平衡。膜密封塞20能够基于沿着轴向方向越过壳体边缘36运动(被抬起)的自由边缘区段32在径向方向上卸压。
基于膜密封环20的结构上的构造方案，所述膜密封塞20的自由边缘区段能够由此通过膜密封塞20的增大的压力加载在轴向方向上从内向外逐步地与压力成比例地从壳体壁34脱离，并且膜密封塞20由此在达到或者超过经限定的最大的壳体内压pi时从其密封座运动出来，而为此不必克服在膜密封塞20和壳体壁34之间存在的由边缘区段的纯轴向运动(静摩擦)引起的摩擦力。由此能够在壳体10中首次在采用橡胶弹性的栓塞时可靠地保持最大的壳体内压pi。