Uberdrucksollbruchstelle in einem Batteriedeckel

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Uniformwerkzeug sowie ein Umformverfahren zur Herstellung einer Überdruck sollbruchstelle in einem Batteriedeckel für ein Batterie zellengehäuse .

[0002] EP 1 108 269 Bl offenbart ein Batteriezellenge häuse aus einem Batteriezellenkörper und einem Batteriede ckel. In einen Boden des Batteriezellenkörpers kann eine nutförmige Sollbruchstelle vorhanden sein, an der der Boden bei einem Überdruck im Batteriezellengehäuse aufreißt. Die nutförmige Überdrucksollbruchstelle ist bogenförmig ausge staltet und verläuft in Umfangsrichtung nicht vollständig geschlossen, wodurch eine Art Scharnier gebildet ist, an dem der sich bei Überdruck öffnende und durch die nutförmi ge Überdrucksollbruchstelle begrenzte Deckelbereich verbun den bleibt.

[0003] Weitere Batteriegehäuse sind beispielsweise aus WO 2014/040676 Al und DE 698 29 711 T2 bekannt. Diese wei sen im Batteriegehäuse eine im Querschnitt V-förmige Nut auf, die ringförmig geschlossen ist.

[0004] DE 10 2013 220 957 Al beschreibt eine Batterie und ein Verfahren zur Sicherung der Batterie. Die Batterie hat ein Batteriegehäuse, das ein Überdruckventil, ein Druckausgleichselement und eine Temperiereinrichtung, wie eine Kühleinrichtung, umfassen kann.

[0005] Die Firma BS & B GmbH bieten Umkehrberstscheiben an, die zum Druckabbau beim Auftreten eines bestimmten Druckschwellenwertes auslösen (Artikel „Kontrollierte Dru ckentlastung", Industrieanzeiger 25.18, Seiten 52 und 53 sowie

www . bsbsystems . de/Berstscheiben/explosionsschütz berstschei ben . html ) .

[0006] DE 22 30 333 C3 beschreibt eine Metalldose für unter Druck stehende Flüssigkeiten oder Gase mit einem nach innen gewölbten Boden. In diesem Boden ist eine ringförmig um die Achse der Metalldose verlaufende Perforation einge bracht, bei der einzelne Einritzungen entlang der Kreisbahn mit Abstand angeordnet sind.

[0007] Ausgehend vom Stand der Technik ist es eine Auf gabe der vorliegenden Erfindung das Ausbilden einer Über drucksollbruchstelle in einem Batteriedeckel für ein Batte riezellengehäuse effizient zu gestalten.

[0008] Diese Aufgabe wird durch ein Umformwerkzeug mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 und ein Umformverfah ren mit den Merkmalen des Patentanspruches 7 gelöst.

[0009] Das erfindungsgemäße Umformwerkzeug ist zur Her stellung einer Überdrucksollbruchstelle in einem Batterie deckel für ein Batteriezellengehäuse eingerichtet. Es weist ein Matrizenwerkzeug sowie ein Stempelwerkzeug auf, die Zu ^¬ sammenwirken, um die Überdrucksollbruchstelle in dem Batte riedeckel durch Umformen herzustellen. [0010] Das Matrizenwerkzeug hat eine Auflagefläche und eine in der Auflagefläche vorhandene Uniformvertiefung. Die Auflagefläche ist zum Auflegen des umzuformenden Batterie deckels eingerichtet. Die Umformvertiefung erstreckt sich vollständig oder teilweise um eine Achse A. Vorzugsweise ist die Umformvertiefung in einer Umfangsrichtung um die Achse A vollständig geschlossen und mithin ringförmig aus gebildet. Die Umformvertiefung hat einen Vertiefungsgrund. In einer Axialrichtung parallel zur Achse betrachtet, defi niert der Abstand zwischen der Auflagefläche und dem Ver tiefungsgrund eine erste Tiefe.

[0011] An den Vertiefungsgrund schließt sich auf einer Innenseite eine Vertiefungsinnenflanke und auf der entge gengesetzten Außenseite eine Vertiefungsaußenflanke an. Die Vertiefungsinnenflanke ist näher an der Achse angeordnet als die Vertiefungsaußenflanke. Die Umformvertiefung hat vorzugsweise eine nutförmige Gestalt. Sie ist auf der dem Vertiefungsgrund entgegengesetzten Seite offen. Im Quer schnitt kann die Umformvertiefung U-förmig sein, wobei die Vertiefungsinnenflanke und die Vertiefungsaußenflanke pa rallel zueinander verlaufen können. Alternativ ist es auch möglich, dass der Abstand zwischen der Vertiefungsinnen flanke und der Vertiefungsaußenflanke rechtwinklig zur Axi alrichtung betrachtet mit zunehmendem Abstand von dem Ver tiefungsgrund ebenfalls zunimmt. Die Breite der Umformver tiefung kann somit in Axialrichtung vom Vertiefungsgrund weg zunehmen.

[0012] Das Stempelwerkzeug hat an seiner dem Matrizen werkzeug zugewandten Seite ein Stempelteil. Das Stempelteil ist vorzugsweise vollständig ringförmig geschlossen, wenn die Uniformvertiefung ebenfalls vollständig ringförmig ge schlossen ist. Ansonsten kann sich das Stempelteil analog zur Umformvertiefung nur teilweise um die Achse A herum er strecken. Das Stempelteil erstreckt sich in Axialrichtung ausgehend von einer Stempelgrundfläche bis zu einem freien Ende. Das freie Ende ist dem Matrizenwerkzeug zugewandt.

Der Abstand zwischen dem freien Ende des Stempelteils und der Stempelgrundfläche in Axialrichtung definiert eine zweite Tiefe. Die zweite Tiefe ist größer als die erste Tiefe. In Axialrichtung betrachtet ist das Stempelteil oberhalb des Vertiefungsgrundes positioniert. Beispielswei se können die Vertiefungsinnenflanke und die Vertiefungsau ßenflanke einen hohlzylindrischen Raum um die Achse A defi nieren, wobei sich das Stempelteil innerhalb dieses hohlzy lindrischen Raums befindet. Die äußere Mantelfläche dieses hohlzylindrischen Raums durchsetzt dabei die Vertiefungsau ßenflanke und die innere Mantelfläche dieses hohlzylindri schen Raums durchsetzt dabei die Vertiefungsinnenflanke.

Die beiden Mantelflächen sind parallel zueinander ausge richtet .

[0013] Der Querschnitt des Stempelteils gibt die Quer schnittsform einer in den Batteriedeckel einzuformenden Si cke der Überdrucksollbruchstelle vor.

[0014] Das Umformwerkzeug erlaubt beim Umformen des Bat teriedeckels zwischen dem Stempelwerkzeug und dem Matrizen werkzeug einen Materialfluss in die Umformvertiefung, des sen Volumen mindestens dem Volumen der eingeformten Sicke entspricht. Vorzugsweise ist das Volumen der Umformvertie fung größer als das Volumen der eingeformten Sicke. Unter halb der Sicke verbleibt eine Wandstärke des Batteriede ckels, an der der Batteriedeckel bei Auftreten eines Druck- schwellenwertes aufbrechen bzw. aufreißen kann. Durch den definierten Materialfluss beim Umformen des Batteriedeckels in die Umformvertiefung kann die Materialverfestigung ge steuert werden bzw. lässt sich ermitteln. Die Materialver festigung beim Umformen beeinflusst zusätzlich zu der ver bleibenden Wandstärke des Batteriedeckels an der Überdruck sollbruchstelle den Druckschwellenwert, an dem der Batte riedeckel aufreißt bzw. aufbricht. Das erfindungsgemäße Um formwerkzeug gestattet ein wiederholbares genaues Umformen des Batteriedeckels, um eine Überdrucksollbruchstelle im Batteriedeckel zu erhalten, die bei einem definierten

Druckschwellenwert auslöst.

[0015] Bei einem Ausführungsbeispiel definiert der kür zeste Abstand zwischen der Vertiefungsinnenflanke und der Vertiefungsaußenflanke rechtwinklig zur Axialrichtung eine erste Breite. Das gegenüber dem umgeformten Volumen der Si cke vorzugsweise größere Volumen der Umformvertiefung kann durch die entsprechend groß gewählte erste Breite erreicht werden .

[0016] Es ist vorteilhaft, wenn das Stempelteil eine sich zwischen dem freien Ende und der Stempelgrundfläche erstreckende Ringteilinnenfläche sowie eine sich zwischen dem freien Ende und der Stempelgrundfläche erstreckende Ringteilaußenfläche aufweist. Die Ringteilinnenfläche und die Ringteilaußenfläche sind rechtwinklig zur Axialrichtung mit Abstand zueinander angeordnet. Der Abstand, insbesonde re der maximale Abstand, zwischen der Ringteilinnenfläche und der Ringteilaußenfläche kann eine zweite Breite defi nieren .

[0017] Die Ringteilinnenfläche und die Ringteilaußenflä- che können parallel zueinander oder geneigt zueinander aus gerichtet sein. Ausgehend von dem freien Ende kann die Breite des Stempelteils mit zunehmendem Axialabstand in Axialrichtung ebenfalls zunehmen. Das Stempelteil kann so mit ausgehend von dem freien Ende in Richtung zur Stempel grundfläche eine zunehmende Breite aufweisen.

[0018] Vorzugsweise ist die erste Breite größer als die zweite Breite und insbesondere zumindest um den Faktor 2 oder 3 oder 4 oder 5 größer als die zweite Breite.

[0019] Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist das Umformwerkzeug zusätzlich zum Matrizenwerkzeug und dem Stempelwerkzeug eine Niederhalteranordnung mit wenigstens einem Niederhalter auf. Der wenigstens eine Niederhalter der Niederhalteranordnung liegt dem Matrizenwerkzeug gegen über und ist benachbart zum Stempelwerkzeug angeordnet. Bei einem Ausführungsbeispiel kann ein innerer Niederhalter und ein äußerer Niederhalter vorhanden sein, wobei das Stempel werkzeug rechtwinklig zur Axialrichtung zwischen dem inne ren Niederhalter und dem äußeren Niederhalter angeordnet ist. Der innere Niederhalter kann somit in das ringförmige Stempelwerkzeug hineinragen. Der äußere Niederhalter kann das Stempelwerkzeug ringförmig umschließen. Der wenigstens eine Niederhalter kann in Axialrichtung federnd am Stempel werkzeug gelagert sein, so dass der wenigstens eine Nieder halter über den Antrieb des Stempelwerkzeugs in Axialrich tung bewegt werden kann. Alternativ kann zumindest einer der vorhandenen Niederhalter, beispielsweise der innere Niederhalter unbeweglich angeordnet sein relativ zum Stem pelwerkzeug, beispielsweise auch integral mit dem Stempel werkzeug ausgebildet sein. Es ist auch möglich, den wenigs tens einen Niederhalter über einen zusätzlichen Antrieb in Axialrichtung zu bewegen.

[0020] Insbesondere mittels des vorher beschriebenen Um formwerkzeugs kann ein Umformverfahren zur Herstellung der Überdrucksollbruchstelle in dem Batteriedeckel durchgeführt werden. Hierzu wird der Batteriedeckel zunächst auf der Auflagefläche des Matrizenwerkzeugs und somit zwischen dem Matrizenwerkzeug und dem Stempelwerkzeug angeordnet. An schließend werden das Matrizenwerkzeug und/oder das Stem pelwerkzeug in Axialrichtung aufeinander zubewegt, wobei das Stempelteil in den Batteriedeckel eingedrückt wird. Da bei fließt Material in die Umformvertiefung des Matrizen werkzeugs und es entsteht eine nach oben offene Sicke im Batteriedeckel. Unterhalb der Sicke verbleibt ein Bereich des Batteriedeckels mit einer Wandstärke, die geringer ist als an anderen Stellen des Batteriedeckels und dadurch die Überdrucksollbruchstelle bildet.

[0021] Bei dem Umformverfahren kann vor oder gleichzei tig mit dem Eindrücken des Stempelwerkzeugs in den Batte riedeckel eine Klemmkraft zwischen einer Niederhalteranord nung und der Auflagefläche des Matrizenwerkzeugs erzeugt werden. Dadurch kann ein versehentliches unerwünschtes Ver formen des Batteriedeckels beim Einformen der Sicke vermie den und der Materialfluss aus dem Bereich des Batteriede ckels, in den die Sicke eingeformt wird, in die Umformver tiefung unterstützt werden.

[0022] Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Umform werkzeugs ist der Vertiefungsgrund im Wesentlichen eben ausgebildet und kann sich insbesondere in einer Ebene er strecken, die rechtwinklig zur Axialrichtung ausgerichtet ist. Alternativ dazu kann der Vertiefungsgrund der Umform- vertiefung auch eine oder mehrere Erhebungen, insbesondere ringförmige Erhebungen aufweisen. Die ringförmigen Erhebun gen können sich in Umfangsrichtung um die Achse erstrecken.

[0023] Nach dem Einformen der Sicke kann bei einer be vorzugten Ausführungsform zusätzlich wenigstens eine Kerbe innerhalb der Sicke in den Batteriedeckel eingeformt wer den. Die verbleibende Wandstärke im Bereich des Sickenbo dens der Sicke kann direkt anschließend bzw. direkt unter halb der Kerbe am geringsten sein. Durch ein Einbringen we nigstens einer Kerbe nach dem Ausformen der Sicke kann die sich an die Kerbe anschließende verbleibende Wandstärke am Batteriedeckel sehr genau eingestellt werden. Dadurch kann der Druck, ab dem der Deckel bricht oder berstet sehr genau definiert werden, vorzugsweise mit einer Toleranz von höchstens 1-2 Bar.

[0024] Die Kerbe verjüngt sich bei einer bevorzugten Ausführungsform ausgehend von der Sicke in den Batteriede ckel hinein. Im Querschnitt kann die Kerbe eine V-förmige bzw. dreieckförmige Gestalt aufweisen.

[0025] Die wenigstens eine Kerbe ist in der Richtung, in der sich die Sicke im Batteriedeckel erstreckt, in Drauf sicht auf die Oberseite des Batteriedeckels betrachtet, nicht vollständig geschlossen. Vorzugsweise erstreckt sich die wenigstens eine Kerbe lediglich entlang eines Ab schnitts entlang der Sicke. Wenn mehrere Kerben vorhanden sind, sind diese mit Abstand zueinander angeordnet. Bei spielsweise ist es möglich, zumindest in einem Bereich der Sicke, in dem die Sicke in Draufsicht auf die Oberseite des Batteriedeckels betrachtet gekrümmt verläuft, eine Kerbe vorzusehen. Es ist auch möglich, in allen Bereichen, in de- nen die Sicke in Draufsicht auf die Oberseite des Batterie deckels betrachtet gekrümmt verläuft, eine Kerbe vorzuse hen. Mehreren gekrümmt verlaufenden Abschnitten der Sicke kann dabei auch eine gemeinsame Kerbe zugeordnet sein.

[0026] Die Kerbe ist vorzugsweise an einer Stelle inner halb der Sicke angeordnet, an der der Sickenboden durch ei nen Radius oder eine Krümmung in eine Sickenflanke über geht. Insbesondere ist die Kerbe in dem Übergangsbereich zwischen Sickenboden und Sickenflanke vorhanden, der näher an der Achse und somit sozusagen innen in der Sicke ange ordnet ist. Die Kerbe kann auch in dem Übergangsbereich zwischen Sickenboden und Sickenflanke vorhanden, der weiter von der Achse weg und somit sozusagen außen in der Sicke angeordnet ist.

[0027] Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung erge ben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschrei bung sowie den Zeichnungen. Nachfolgend werden Ausführungs beispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen im Einzelnen erläutert. Es zeigen:

[0028] Figur 1 eine schematische Draufsicht auf eine Un terseite eines Ausführungsbeispiels eines Batteriedeckels,

[0029] Figur 2 eine schematische Draufsicht auf eine der Unterseite entgegengesetzten Oberseite des Batteriedeckels aus Figur 1,

[0030] Figur 3 eine perspektivische geschnittene Teil darstellung des Batteriedeckels aus den Figuren 1 und 2 ge mäß der Schnittlinie III-III in Figur 2, [0031] Figur 4 eine Detaildarstellung des Bereichs IV des Batteriedeckels aus Figur 3 im Querschnitt,

[0032] Figur 5 eine schematische Draufsicht auf ein Aus führungsbeispiel eines Stempelwerkzeugs sowie ein Ausfüh rungsbeispiel einer Niederhalteranordnung in einer Axial richtung,

[0033] Figur 6 eine schematische geschnittene Teildar stellung des Stempelwerkzeugs sowie der Niederhalteranord nung aus Figur 4 entlang einer Ebene parallel zur Axial richtung gemäß der Schnittlinie V-V in Figur 4 sowie eine schematische geschnittene Darstellung eines Matrizenwerk zeugs des Umformwerkzeugs,

[0034] Figur 7 das Umformwerkzeug entsprechend den Aus führungsbeispielen aus den Figuren 4 und 5 in einer per spektivischen geschnittenen Teildarstellung,

[0035] Figur 8 eine schematisierte Schnittdarstellung eines mit einer Sicke versehenen Batteriedeckels sowie ei nes Kerbwerkzeugs zum Einformen einer Kerbe in die Sicke des Batteriedeckels,

[0036] Figur 9 eine schematische Teildarstellung des Batteriedeckels im Bereich IX in Figur 8 mit einer in die Sicke eingebrachten Kerbe in einem Schnittbild,

[0037] Figur 10 eine schematische Draufsicht auf die Si cke bei einem Ausführungsbeispiel des Batteriedeckels, bei dem zwei Kerben im Bereich der Sicke eingeformt wurden,

[0038] Figur 11 eine schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines Kerbwerkzeugs und [0039] Figur 12 eine perspektivische Schnittdarstellung durch das Kerbwerkzeug aus Figur 11 gemäß der Schnittlinie XII-XII .

[0040] In den Figuren 1-3 ist ein Ausführungsbeispiel eines Batteriedeckels 10 veranschaulicht. Der Batteriede ckel 10 dient zum Verschließen einer Öffnung eines Batte riezellengehäuses, beispielsgemäß eines prismatischen Bat teriezellengehäuses. Bei dem veranschaulichten Ausführungs beispiel hat der Batteriedeckel 10 eine im Wesentlichen rechteckige Kontur, wobei die Eckbereiche mit einem Radius abgerundet sind. In der Gebrauchslage des Batteriezellenge häuses kann der Batteriedeckel 10 in einer beliebigen Lage und Orientierung angeordnet sein. Er kann eine Öffnung im Batteriezellengehäuse verschließen, die oben oder unten o- der an der Seite angeordnet ist.

[0041] Der Batteriedeckel 10 gemäß den Figuren 1-4 wurde mit Hilfe einer Umformvorrichtung 11 (Figuren 5 und 6) durch ein Umformverfahren umgeformt. Der Batteriedeckel 10 hat eine Oberseite 12 (Fig. 2) und eine der Oberseite 12 entgegengesetzte Unterseite 13 (Fig. 1) . Mittels des Um formwerkzeugs 11 bzw. des Umformverfahrens gemäß der vor liegenden Erfindung ist an einer Stelle in den Batteriede ckel 10 eine Überdrucksollbruchstelle 14 durch Umformen hergestellt. An der Überdrucksollbruchstelle 14 weist der Batteriedeckel 10 eine gegenüber der sonstigen Wandstärke reduzierte minimale Wandstärke w auf. Hierzu ist eine zur Oberseite 12 des Batteriedeckels 10 hin offene nutförmige Sicke 15 in den Batteriedeckel 10 durch ein Umformverfahren eingebracht. Die Sicke 15 ist beim Ausführungsbeispiel im Zentrum der Oberseite 12 des Batteriedeckels 10 angeordnet, könnte sich alternativ auch an einer beliebigen anderen Stelle befinden. Die Sicke 15 ist vorzugsweise nach Art ei nes Rings vollständig geschlossen und umgibt einen zentra len Bereich 16. Die Sicke 15 hat einen Sickenboden 17 und zwei sich gegenüberliegende Sickenflanken 18. Die Sicken flanken 18 sind beim Ausführungsbeispiel nicht parallel zu einander angeordnet, sondern relativ zu einer Mittelebene M, die mittig durch den Querschnitt der Sicke verläuft ge neigt, beispielsweise um etwa 3 Grad (Fig. 4) . Dadurch er weitert sich die Sicke 15 zur Oberseite 12 hin. Rechtwink lig zur Mittelebene M hat die Sicke 15 eine Breite, die am Sickenboden 17 am kleinsten ist. Die Breite am Sickenboden 17 beträgt etwa 1 mm.

[0042] Die minimale Wandstärke w des Batteriedeckels 10 unterhalb des Sickenbodens 17 ist beispielsgemäß kleiner als 0,5 mm und kann etwa 0,2 mm betragen.

[0043] An der Unterseite 13 hat der Batteriedeckel 10 eine Ausformung 19. Die Ausformung 19 hat in Umfangsrich tung um die Achse A einen der Sicke 15 entsprechenden Ver lauf und ist beispielsgemäß ringförmig geschlossen. Recht winklig zur Mittelebene M hat die Ausformung 19 eine Brei te, die größer ist als die Breite der Sicke 15 und bei spielsgemäß um den Faktor 3 oder 4 oder 5 größer als die Breite der Sicke 15 am Sickenboden 17. Beim Ausführungsbei spiel hat die Ausformung 19 eine Breite von etwa 5 mm. Sie ist symmetrisch zur Mittelebene M ausgebildet. Parallel zur Mittelebene M und rechtwinklig zur Unterseite 13 gesehen, hat die Ausformung 19 eine Höhe h gegenüber dem angrenzen den Bereich der Unterseite 13, die größer ist als die mini male Wandstärke w des Batteriedeckels 10, so dass sich die Sicke 15 im Bereich des Sickenbodens 17 in die Ausformung 19 hinein erstreckt. Die Höhe der Ausformung 19 kann bei spielsweise mindestens doppelt so groß sein, wie die mini male Wandstärke w des Batteriedeckels und beträgt beim Aus führungsbeispiel 0,5 mm. Außerhalb der Ausformung 19 be trägt die Wandstärke des Batteriedeckels, also der kürzeste Abstand zwischen der Oberseite 12 und der Unterseite 13 et wa 2 mm. Die Ausformung hat einen Flächenabschnitt 20, der sich um die Höhe h versetzt parallel zur übrigen Unterseite

13 des Batteriedeckels 10 erstreckt,

[0044] In den Figuren 5-7 ist das Umformwerkzeug 11 bzw. Teile davon veranschaulicht, mittels dem der in den Figuren 1-4 veranschaulichte und vorstehend erläuterte Batteriede ckel umgeformt werden kann, um die Überdrucksollbruchstelle

14 zu bilden. Das Umformwerkzeug 11 hat hierfür ein Stem pelwerkzeug 23, ein Matrizenwerkzeug 24 sowie beim Ausfüh rungsbeispiel eine Niederhalteranordnung 25 mit einem inne ren Niederhalter 26 und einem äußeren Niederhalter 27. Der Batteriedeckel 10 kann zwischen das Stempelwerkzeug 23 und das Matrizenwerkzeug 24 eingelegt werden, wie es schema tisch in Figur 7 veranschaulicht ist. Durch Zusammenwirken des Stempelwerkzeugs 23 und des Matrizenwerkzeugs 24 kann der Batteriedeckel 10 umgeformt werden, um die Überdruck sollbruchstelle 14 zu bilden.

[0045] Beispielsgemäß findet bei der Ausbildung der Überdrucksollbruchstelle 14 kein spanendes oder materialab tragendes Bearbeiten des Batteriedeckels 10 statt. Die Überdrucksollbruchstelle 14 wird ausschließlich durch Um formung erzeugt.

[0046] Das Stempelwerkzeug 23 hat an seiner dem Matri zenwerkzeug 24 zu gewandten Seite eine Stempelgrundfläche 31, die beim Ausführungsbeispiel in einer Ebene angeordnet ist, die rechtwinklig zu einer Achse A verläuft. Die Rich tung parallel zur Achse A wird als Axialrichtung R bezeich net. Beim Umformen wird das Stempelwerkzeug 23 und das Mat rizenwerkzeug 24 in Axialrichtung R aufeinander zubewegt, um den dazwischen angeordneten Batteriedeckel 10 umzufor men. Das Umformwerkzeug 11 kann beispielsweise als Pressen werkzeug in einer Presse verwendet werden. Beispielsweise kann das Matrizenwerkzeug 24 gegenüber dem Pressengestellt der Presse unbeweglich angeordnet werden, während das Stem pelwerkzeug 23 und beim Ausführungsbeispiel die Niederhal teranordnung 25 relativ zum Matrizenwerkzeug 24 in Axial richtung R bewegbar sind, wofür die Presse wenigstens einen uns beispielsgemäß genau einen Antrieb aufweist. Beispiels gemäß sind der innere Niederhalter 26 und der äußere Nie derhalter 27 in Axialrichtung R beweglich am Stempelwerk zeug 23 gelagert und können sich über jeweils eine Feder einrichtung am Stempelwerkzeug 23 abstützen. Die Federein richtung bestimmt die Niederhaltekraft, mit der der innere Niederhalter 26 und der äußere Niederhalter 27 den Batte riedeckel 10 beim Umformen mit dem Stempelwerkzeug 23 be aufschlagen .

[0047] Das Stempelwerkzeug 23 ist beim Ausführungsbei spiel ringförmig geschlossen ausgebildet und umschließt die Achse A. Die Achse A verläuft durch den geometrischen Mit telpunkt des Stempelwerkzeugs 23.

[0048] Von der Stempelgrundfläche 31 weg erstreckt sich in Axialrichtung R ein Stempelteil 32 zu einem freien Ende 33 hin. Das Stempelteil 32 ist beim Ausführungsbeispiel als ein um die Achse A vollständig geschlossener Ring ausgebil det. Bei einem alternativen, nicht veranschaulichten Aus- führungsbeispiel könnte das Stempelteil 32 auch einen oder mehrere sich nur in einem Umfangswinkelbereich um die Achse A erstreckende Stempelteilabschnitte aufweisen. Bei einer solchen Ausgestaltung des Stempelteils 32 kann beispiels weise eine Sicke 15 in dem Batteriedeckel 10 ausgebildet werden, die sich nicht vollständig geschlossen um den zent ralen Bereich 16 herum erstreckt, sondern eine oder mehrere Unterbrechungen aufweist, in denen die Wandstärke des Bat teriedeckels größer ist als die minimale Wandstärke w.

[0049] Das Matrizenwerkzeug 24 hat eine Auflagefläche 37 zum Auflegen des umzuformenden Batteriedeckels 10. Die Auf lagefläche 37 erstreckt sich zumindest abschnittsweise rechtwinklig zur Axialrichtung R. Die Form der Auflageflä che 37 hängt von der Querschnittsform des herzustellenden Batteriedeckels 10 ab. Beim Ausführungsbeispiel hat die Auflagefläche 37 zumindest einen Abschnitt, der rechtwink lig zur Axialrichtung R ausgerichtet und in dem eine Um formvertiefung 38 vorhanden ist. Die Umformvertiefung 38 ist nutähnlich ausgebildet und hat in Umfangsrichtung um die Achse A einen Verlauf, der dem Verlauf in Umfangsrich tung um die Achse A des Stempelteils 32 entspricht. Beim Ausführungsbeispiel ist die Umformvertiefung 38 um die Ach se A ringförmig geschlossen.

[0050] Der Verlauf der Umformvertiefung 38 sowie des Stempelteils 32 kann abschnittsweise gerade und/oder ab schnittsweise gekrümmt sein. Bei dem hier veranschaulichten Ausführungsbeispiel des Umformwerkzeugs 11 ist der Verlauf um die Achse A rechteckförmig mit abgerundeten Eckberei chen, wie es beispielhaft für das Stempelteil 32 in Figur 5 veranschaulicht ist. [0051] Die Uniformvertiefung 38 ist zum Stempelwerkzeug 23 hin offen und hat einen dem Stempelteil 32 in Axialrich tung R gegenüberliegenden Vertiefungsgrund 39. Der Vertie fungsgrund 39 ist beispielsgemäß eben ausgebildet und er streckt sich in einer Ebene, rechtwinklig zur Axialrichtung R. In Abwandlung hierzu könnte der Vertiefungsgrund 39 auch eine oder mehrere Erhebungen und/oder Senken aufweisen. In Figur 6 sind gestrichelt schematisch zwei Erhebungen 40 veranschaulicht, die einen alternativen Verlauf des Vertie fungsgrunds 39 darstellen.

[0052] An den Vertiefungsgrund 39 schließt sich recht winklig zur Axialrichtung R auf der einen Seite eine Ver tiefungsinnenflanke 41 und auf der entgegengesetzten Seite eine Vertiefungsaußenflanke 42 an. Die Vertiefungsinnen flanke 41 und die Vertiefungsaußenflanke 42 verbinden den Vertiefungsgrund 39 mit dem jeweils benachbarten Rand der Auflagefläche 37. Rechtwinklig zur Axialrichtung R defi niert der kürzeste Abstand zwischen der Vertiefungsinnen flanke 41 und der Vertiefungsaußenflanke 42 eine erste Breite bl. In Axialrichtung R definiert der Abstand und insbesondere der maximale Abstand zwischen der Auflageflä che 37 und dem Vertiefungsgrund 39 eine erste Tiefe tl.

[0053] Der Abstand zwischen der Stempelgrundfläche 31 und dem freien Ende 33 des Stempelteils 32 in Axialrichtung R definiert eine zweite Tiefe t2. Die zweite Tiefe t2 ist größer als die erste Tiefe tl. Die zweite Tiefe t2 ist beim Ausführungsbeispiel mindestens dreimal größer oder mindes tens viermal größer als die erste Tiefe tl. Beispielsgemäß beträgt die zweite Tiefe t2 etwa 2,3 mm und die erste Tiefe tl beträgt beispielsweise etwa 0,5 mm. [0054] Das Stempelteil 32 hat eine die Achse A in Um fangsrichtung umschließende Ringteilinnenfläche 34 sowie eine die Achse A in Umfangsrichtung umschließende Ringteil außenfläche 35. Die Ringteilinnenfläche 34 und die Ring teilaußenfläche 35 sind rechtwinklig zur Axialrichtung R mit Abstand zueinander angeordnet und verbinden jeweils die Stempelgrundfläche 31 mit dem freien Ende 33 des Stem pelteils 32. Der Abstand zwischen der Ringteilinnenfläche 34 und der Ringteilaußenfläche 35 und beispielsgemäß der maximale Abstand definieren eine zweite Breite b2. Die zweite Breite b2 ist kleiner als die erste Breite bl. Bei spielsgemäß ist die erste Breite bl mindestens dreimal oder mindestens viermal oder mindestens fünfmal größer als die zweite Breite b2. Bei einem Ausführungsbeispiel beträgt die erste Breite bl etwa 5 mm und die zweite Breite b2 1 mm bis 1 , 2 mm.

[0055] Die Niederhalteranordnung 25 ist dazu ausgebil det, vor und/oder während dem Umformen des Batteriedeckels 10 eine Klemmkraft zu erzeugen, die den Batteriedeckel 10 zwischen der Niederhalteranordnung 25 und dem Matrizenwerk zeug 24 einklemmt. Die Niederhalteranordnung 25 kann hierzu unabhängig vom Stempelwerkzeug 23 angetrieben werden. Der innere Niederhalter 26 wird vom ringförmigen Stempelwerk zeug 23 in einer Umfangsrichtung um die Achse A umschlos sen. Der äußere Niederhalter 27 wiederum umschließt das ringförmige Stempelwerkzeug 23 in Umfangsrichtung um die Achse A vollständig. In Figur 7 ist perspektivisch ein Viertel des Umformwerkzeugs 11 veranschaulicht. Die Verbin dungskante zwischen den beiden Schnittebenen in Figur 7 er streckt sich entlang der Achse A.

[0056] Die dem Matrizenwerkzeug 24 zugewandte Klemmflä- che 46 der Niederhalteranordnung 25, die abschnittsweise am inneren Niederhalter 26 und am äußeren Niederhalter 27 vor handen ist, erstreckt sich beim Ausführungsbeispiel in ei ner Ebene, die rechtwinklig zur Axialrichtung R ausgerich tet ist. Die Ausbildung der Klemmfläche 46 ist an die Form der Oberseite 12 des umzuformenden Batteriedeckels 10 ange passt und kann auch eine abweichende Gestalt aufweisen.

[0057] Mittels des Umformwerkzeugs 11 wird der Batterie deckel 10 durch ein Umformverfahren umgeformt, das wie folgt abläuft:

[0058] Zunächst wird der umzuformende Batteriedeckel 10 auf dem Matrizenwerkzeug 24 angeordnet. Die Unterseite 13 des Batteriedeckels 10 liegt dabei auf der Auflagefläche 37 des Matrizenwerkzeugs 24 auf. Die Umformvertiefung 38 ist vollständig oder zumindest im Wesentlichen frei. In seinem umverformten Zustand greift der Batteriedeckel 10 bei spielsgemäß nicht in die Umformvertiefung 38 des Matrizen werkzeugs 24 ein.

[0059] Mittels der Niederhalteranordnung 25 wird der um zuformende Batteriedeckel 10 anschließend zwischen der Klemmfläche 46 und dem Matrizenwerkzeug 24 eingeklemmt und während des Umformvorgangs mit einer definierten Klemmkraft beaufschlagt. Dadurch kann der Materialfluss beim Umformen definiert und unerwünschte Umformungen des Batteriedeckels 10 vermieden werden. Zum Umformen des Batteriedeckels 10 wird das Stempelteil 32 des Stempelwerkzeugs gegen die Oberseite 12 gedrückt und in den Batteriedeckel 10 einge drückt, so dass eine der Gestalt des Stempelteils 32 ent sprechende Sicke 15 im Batteriedeckel 10 durch Umformen entsteht. Das dabei verdrängte Material des Batteriedeckels 10 fließt in die Uniformvertiefung 38 des Matrizenwerkzeugs. Durch den Umformvorgang wird somit die Sicke 15 eingeformt und die Ausformung 19 an der Unterseite 13 des Batteriede ckels 10 ausgeformt. Die Gestalt der Ausformung 19 ent spricht der Gestalt der Umformvertiefung 38 im Matrizen werkzeug 24.

[0060] Das Stempelwerkzeug 23 wird beim Umformen des Batteriedeckels 10 dem Matrizenwerkzeug 24 soweit angenä hert, dass zwischen dem freien Ende 33 und der Umformver tiefung 38 eine Distanz verbleibt, die der minimalen Wand stärke w des Batteriedeckels benachbart zum Sickenboden 17 entspricht. Auf diese Weise wird die Überdrucksollbruch stelle 14 am Batteriedeckel 10 gebildet.

[0061] Nach dem Einbringen der Sicke 15 in den Batterie deckel 10 kann in einem weiteren Verfahrensschritt wenigs tens eine Kerbe 50 im Bereich der Sicke 15 in den Batterie deckel 10 eingeformt werden. Die wenigstens eine Kerbe 50 kann mit Hilfe eines Kerbwerkzeugs 51 eingeformt werden.

Das Kerbwerkzeug 51 hat für jede einzuformende Kerbe 50 je weils einen Werkzeugteil 52. Im Querschnitt verjüngt sich der Werkzeugteil 52 zu seinem freien Ende hin, beispiels weise V-förmig, dreieckförmig, keilförmig oder dergleichen. Die Flanken dieses Werkzeugteils 52 können im Querschnitt betrachtet geradlinig oder gekrümmt verlaufen.

[0062] Zum Einformen der wenigstens einen Kerbe 50 wird das Kerbwerkzeug 51 von der offenen Seite her in die Sicke 15 eingeführt und in einem Übergangsbereich zwischen dem Sickenboden 17 und einer benachbarten Sickenflanke 18 gegen den Batteriedeckel 10 gedrückt, so dass Material verdrängt wird und die wenigstens eine Kerbe 50 entsteht. Das Materi- al kann dabei benachbart zu der wenigstens einen Kerbe 50 in die Sicke 15 verdrängt werden. Beim Einformen der we nigstens einen Kerbe 50 liegt der Batteriedeckel 10 vor zugsweise auf einer Auflage 53 auf, so dass die Unterseite des Batteriedeckels 13 beim Einformen der wenigstens einen Kerbe 50 unverformt bleibt. Die Auflage 53 kann dabei an die Kontur der Unterseite 13 des zuvor bereits umgeformten Batteriedeckels 10 angepasst sein (Figur 8) .

[0063] Die mittels des Kerbwerkzeugs 51 in den Batterie deckel 10 innerhalb der Sicke 15 eingebrachte wenigstens eine Kerbe 50 ist stark schematisiert im Querschnitt in Fi gur 9 dargestellt, wobei die Figur 9 den Bereich IX aus Fi gur 8 vergrößert zeigt. Die Kerbe 50 ist vorzugsweise au ßerhalb der Mittelebene M angeordnet. Die wenigstens eine Kerbe 50 ist insbesondere in einem Bereich der Sicke 15 in den Batteriedeckel 10 eingeformt, in dem sich die Innenflä che der Sicke 15 krümmt, beispielsweise im Übergangsbereich zwischen dem Sickenboden 17 und einer benachbarten Sicken flanke 18. Dort treten bei Überdruck im Batteriezellenge häuse hohe Spannungen auf, so dass das Bersten des Batte riedeckels 10 auf einen Überdruckgrenzwert sehr genau defi niert eingestellt werden kann.

[0064] Aus Figur 9 ergibt sich außerdem, dass die ver bleibende Wandstärke direkt unterhalb der Sicke 50 einer minimalen Wandstärke wmin entspricht. Die minimale Wand stärke wmin ist der kürzeste Abstand zwischen der Untersei te 13 des Batteriedeckels 10 und der wenigstens einen Kerbe 50.

[0065] Entsprechend der Form des wenigstens einen Werk zeugteils 52 hat die Kerbe 50 beispielsweise eine dreieck förmige oder keilförmige Gestalt. Sie kann sich ausgehend vom Inneren der Sicke 15 zur Unterseite des Batteriedeckels 13 hin verjüngen.

[0066] Die minimale Wandstärke wmin kann sehr genau den Berstdruck für das Batteriezellengehäuse vorgeben. Gegen über dem Einformen der Sicke 15 wird beim Einformen der we nigstens einen Kerbe 50 viel weniger Material des Batterie deckels 10 verdrängt, insbesondere höchsten 10 % oder höchsten 5 % oder höchsten 2 % des Materialvolumens, das beim Einformen der Sicke 15 verdrängt wird. Dadurch sind elastische Verspannungen bzw. Verformungen im Kerbwerkzeug 51 und dem Batteriedeckel 10 beim Einformen der wenigstens einen Kerbe 50 sehr klein und die vorgegebene minimale Wandstärke wmin kann sehr exakt erreicht werden. Dadurch lässt sich der vorgegebene Berstdruck des Batteriezellenge häuses bzw. des Batteriedeckels 10 sehr genau einstellen. Demgegenüber kann die Wandstärke w unterhalb des Sickenbo dens 17 nach dem ersten Verfahrensschritt (Einformen der Sicke) durch die Elastizitäten in der Umformvorrichtung 11 sowie des Batteriedeckels 10 gewissen Schwankungen unter worfen sein, so dass sich der Berstdruck bei entsprechend klein vorgegebenen Toleranzbereichen für den Berstdruck nicht genau genug einstellen lässt. Eine solche genauere Einstellung kann durch das zweistufige Verfahren erreicht werden, bei dem zunächst die Sicke 15 eingeformt und an schließend die wenigstens eine Kerbe 50 innerhalb der Sicke 15 eingebracht wird.

[0067] Die wenigstens eine Kerbe 50 ist in Umfangsrich tung bzw. Erstreckungsrichtung der Sicke 15 - in Draufsicht auf die Oberseite 12 des Batteriedeckels 10 - nicht voll ständig ringförmig geschlossen. Demgegenüber ist beim Aus führungsbeispiel die Sicke 15 vollständig ringförmig bzw. ringähnlich geschlossen ausgebildet (Figuren 2 und 10) . In Figur 10 ist veranschaulicht, dass bei einem Ausführungs beispiel zumindest in den Bereichen, in denen die Sicke 15 um den zentralen Bereich 16 herum in einer Draufsicht auf die Oberseite 12 des Batteriedeckels 10 gekrümmt verläuft, eine Kerbe 50 vorhanden ist (Kerben 50 sind gestrichelt dargestellt) . Einem derart gekrümmt verlaufenden Bereich der Sicke 15 kann jeweils eine Kerbe 50 zugeordnet sein. Es ist auch möglich, mehreren derart gekrümmt verlaufenden Ab schnitten der Sicke 15 eine gemeinsame Kerbe 50 zuzuordnen, wie es beispielsweise in Figur 10 veranschaulicht ist. Dort sind zwei Kerben 50 vorhanden, die jeweils zwei gekrümmten Abschnitten der Sicke 15 zugeordnet sind.

[0068] Es versteht sich, dass in Abwandlung zu dem be schriebenen und veranschaulichten Ausführungsbeispiel, die Anzahl der Kerben 50 auch größer oder kleiner sein kann.

[0069] Wie in Figur 10 schematisch veranschaulicht, wer den bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel des Bat teriedeckels 10 zwei U-förmige Kerben 50 in die Sicke 15 eingeformt. Dementsprechend kann ein Kerbwerkzeug 51 zwei U-förmige Werkzeugteile 52 aufweisen, wie es in den Figuren 11 und 12 schematisch gezeigt ist. Die Ausgestaltung der Werkzeugteile 52 des Kerbwerkzeugs 51 hängt von der Anzahl und dem Verlauf der einzuformenden Kerben 50 ab und kann bei anderen Ausführungen auch anders ausgestaltet sein.

[0070] Die Erfindung betrifft ein Umformwerkzeug 11 und ein Umformverfahren zur Herstellung einer Überdrucksoll bruchstelle 14 in einem Batteriedeckel 10, wobei die Über drucksollbruchstelle 14 insbesondere ausschließlich durch Umformen erzeugt wird. Das Umformwerkzeug 11 hat ein Stern- pelwerkzeug 23, ein Matrizenwerkzeug 24 und optional eine Niederhalteranordnung 25. Am Matrizenwerkzeug 24 ist eine Auflagefläche 37 für den umzuformenden Batteriedeckel 10 vorhanden, gegenüber der eine Umformvertiefung 38 vertieft im Matrizenwerkzeug 24 ausgebildet ist. Am Stempelwerkzeug 23 ist ein Stempelteil 32 und beispielsgemäß ein ringförmi ges Stempelteil vorhanden, das im Querschnitt einer herzu stellenden Sicke 15 im Batteriedeckel 10 entspricht. Beim Umformen des Batteriedeckels 10 wird das Stempelteil 32 in den Batteriedeckel 10 gedrückt, wodurch Material des Batte riedeckels 10 in die Umformvertiefung 38 fließt. Dabei wird das Stempelteil 32 der Umformvertiefung 38 derart angenä hert, dass die verbleibende Distanz einer minimalen Wand stärke w an der Überdrucksollbruchstelle 14 entspricht.

Bezugszeichenliste :

10 Batteriedeckel

11 Uniformvorrichtung

12 Oberseite des Batteriedeckels

13 Unterseite des Batteriedeckels

14 Überdrucksollbruchstelle

15 Sicke

16 zentralen Bereich

17 Sickenboden

18 Sickenflanken

19 Ausformung

20 Flächenabschnitt der Ausformung

23 Stempelwerkzeug

24 Matrizenwerkzeug

25 Niederhalteranordnung

26 inneren Niederhalter

27 äußeren Niederhalter

31 Stempelgrundfläche

32 Stempelteil

33 freies Ende

34 Ringteilinnenfläche

35 Ringteilaußenfläche

37 Auflagefläche

38 Umformvertiefung

39 Vertiefungsgrund

40 Erhebung

41 Vertiefungsinnenflanke

42 Vertiefungsaußenflanke 46 Klemmfläche

50 Kerbe

51 Kerbwerkzeug

52 Werkzeugteil

53 Auflage

A Achse

bl erste Breite b2 zweite Breite h Höhe der Ausformung

M Mittelebene

R Axialrichtung tl erste Tiefe

t2 zweite Tiefe w minimale Wandstärke