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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Energiespeicherpack für eine Elektrowerkzeugmaschine sowie von einer akkubetriebenen Elektrowerkzeugmaschine mit einer Kontaktvorrichtung zum Anschließen wenigstens eines Energiespeicherpacks nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
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Hersteller von Elektrowerkzeugmaschinen bieten üblicherweise unterschiedliche Akkupacks verschiedener Baugrößen und Nennspannungen an, wobei jeder Akkupack von seiner Baugröße, seiner Nennspannung und/oder seiner Leistung her einem bestimmten Typ von Elektrowerkzeugmaschine zugeordnet ist. Auch werden in der Regel verschiedene Akkutypen angeboten, wie z. B. NiCd-Akkus, Ni-Metallhydrid-Akkus (NiMH) und Li-Ionen-Akkus. Aufgrund ihrer hohen Leistungsdichte sind insbesondere Li-Ionen-Akkupacks weit verbreitet. Nennspannung und Kapazität der jeweils verwendeten bzw. verfügbaren Akkupacks bestimmen in der Regel Leistung und Laufzeit der Elektrowerkzeugmaschinen.
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Allerdings sind Elektrowerkzeugmaschinen, die einen großen Energiebedarf erfordern und bei denen gegebenenfalls auch kurzzeitig sehr hohe Leistungsspitzen erforderlich sein können, wie z. B. bei großen Winkelschleifern oder Kettensägen, mit derzeit verfügbaren Akkupacks nicht effizient betreibbar. Weiterhin bestehen für Li-Ion-Akkupacks besondere Regeln zu Transportsicherheit und Handhabung, wenn eine bestimmte Kapazität überschritten wird. Dadurch wird die Wirtschaftlichkeit derartiger großer Li-Ionen-Akkupacks nachteilig beeinflusst.
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Aus der
DE 10 2008 040 061 A1 ist eine Elektrowerkzeugmaschine mit netzunabhängiger Stromversorgung bekannt, bei der ein Betrieb mit großem Energiebedarf mit hohen Leistungsspitzen und verlängerter Laufzeit mit derzeit verfügbaren Akkupacks effizient möglich ist. Die Elektrowerkzeugmaschine umfasst eine Schnittstelle, über die die Elektrowerkzeugmaschine mechanisch und elektrisch mit einem Akkupack verbindbar ist. Hierzu ist eine Kopplungsvorrichtung vorgesehen, die über die Schnittstelle mechanisch und elektrisch mit der Elektrowerkzeugmaschine verbindbar ist. Die Kopplungsvorrichtung weist eine erste Akkuschnittstelle zur Verbindung mit einem ersten Akkupack und eine zweite Akkuschnittstelle zur Verbindung mit einem zweiten Akkupack auf. Wahlweise kann die Elektrowerkzeugmaschine dabei mit einem einzigen Akkupack, mit zwei elektrisch parallel geschalteten Akkupacks oder mit zwei elektrisch in Serie geschalteten Akkupacks betrieben werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung geht aus von einem Energiespeicherpack für eine Elektrowerkzeugmaschine, mit einem Gehäuse zur Aufnahme einer Mehrzahl von Zellblöcken mit elektrochemischen Speicherzellen, sowie elektrischen Polanschlüssen an denen elektrische Pole der Zellblöcke elektrisch anschließbar sind.
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Es wird vorgeschlagen, dass wenigstens ein Polanschluss als Baugruppe ausgebildet ist, die zwei elektrisch getrennte Kontakte umfasst. An jeden der elektrisch getrennten Kontakte können Zellblöcke von elektrochemischen Speicherzellen angeschlossen werden. Im Betrieb des Energiespeicherpacks werden die getrennten Kontakte elektrisch zusammengeführt, so dass die vorher separat angeschlossenen Zellblöcke nunmehr zusammengeschaltet sind und einen entsprechend höheren Energieinhalt aufweisen als die separaten Zellblöcke.
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Somit kann für einen Betrieb von Elektrowerkzeugmaschinen, die leistungsstarken Energiespeicherpacks benötigen, zwei oder mehr leistungsschwächere Zellblöcke eingesetzt werden. Dabei ist der Begriff Elektrowerkzeugmaschine nicht auf handgehaltene Elektrowerkzeuge beschränkt, sondern umfasst auch beispielsweise Rasenmäher oder Benchtop-Systeme, wie etwas große Standsägen.
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Insbesondere kann der Energiespeicherpack ein Akkupack sein mit einer Mehrzahl von Zellblöcken mit wiederaufladbaren elektrochemischen Speicherzellen.
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Vorteilhaft kann die Baugruppe ausgebildet sein, um bei bestimmungsgemäßem Kontakt mit einem komplementären Polanschluss elektrisch verbindbar zu sein. Insbesondere kann die Baugruppe als Steckverbinder einer Stecker-/Buchseverbindung so ausgebildet sein, dass dieser bei Kontakt mit seinem komplementären Steckverbinder elektrisch verbind bar ist. Dies hat den Vorteil, dass innerhalb eines Gehäuses mehrere Zellblöcke angeordnet sein können, bei denen eine Verschaltung mit einem bestehenden Kontaktsystem hergestellt werden kann, dass dies elektrowerkzeugmaschinen- und ladegerätseitig mit bestehenden kleineren Energiespeichern kompatibel ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann das Gehäuse zwei Polanschlüsse aufweisen, welche jeweils als Baugruppe ausgebildet sind, wobei jede Baugruppe zwei elektrisch getrennte Kontakte umfasst. Günstigerweise können hier an jedem Kontakt wenigstens zwei Zellblöcke angeschlossen sein, die elektrisch voneinander getrennt sind und unabhängige Energiespeichern bilden. Erst beim Einschieben in eine Elektrowerkzeugmaschine oder ein Ladegerät kontaktiert der entsprechende komplementäre Kontakt beide Teile der jeweiligen Baugruppe und schaltet die beiden Zellblöcke elektrisch zusammen. Es ergibt sich somit ein Energiespeicherpack mit größerem Energieinhalt. Dies ist besonders vorteilhaft bei Akkupacks, die auf Li-Ionen-Technik basieren.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann jeder Kontakt der Baugruppe mit wenigstens zwei gleichsinnigen Polen der Zellblöcke verbunden sein. Es können so z. B. zweimal zwei Zellblöcke kontaktiert werden.
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Günstigerweise können die Polanschlüsse als Kontakttulpen ausgebildet sein. Dies ermöglicht eine einfache gleichzeitige Kontaktierung von separaten Kontakten einer Baugruppe.
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In einer weiteren günstigen Weiterbildung können die Kontakttulpen längs parallel zu einer Längsachse und/oder einer Hochachse der Kontakttulpe geteilt sein. Die Hochachse ist senkrecht zur Längsachse angeordnet. Damit kann eine Teilung der Kontakttulpe senkrecht zur Hochachse der Kontaktzunge des komplementären Gegenkontakts erfolgen und/oder parallel dazu. Bei einer Teilung parallel zur Längsachse und zur Hochachse verläuft die Teilung parallel zur Hochachse der Kontaktzunge. Bei einer Teilung parallel zur Längsachse und senkrecht zur Hochachse verläuft die Teilung senkrecht zur Hochachse der Kontaktzunge. Ein Zellblock kann an jedes Federkontaktpaar oder sogar an jeden einzelne Feder eines Federkontaktpaares angeschlossen werden.
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Bei einer Teilung parallel zur Längsachse und zur Hochachse können beispielsweise die wenigstens zwei elektrisch getrennten Kontakte jeder Kontakttulpe eine Kontakttulpe bildet. Dies lässt sich fertigungstechnisch leicht erzielen und ermöglicht eine einfache Verbindung mit komplementären Gegenkontakten.
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Die Erfindung schlägt weiterhin ein Gehäuse für einen Energiespeicherpack vor. Vorteilhaft kann im Inneren Kontaktpositionen für Pole von Zellblöcken mit elektrochemischen Speicherzellen vorgesehen sein, welche Kontaktpositionen elektrisch leitfähig so untereinander verbunden sind, dass wenigstens zwei gleichsinnige Pole zu einem gehäuseseitigen Polanschluss führbar sind, der als Baugruppe ausgebildet ist, die zwei elektrisch getrennte Kontakte umfasst.
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Vorteilhaft können einzelne Zellblöcke in das Gehäuse eingeschoben werden. Die Zellblöcke im Gehäuse selbst stellen erst bei hergestellter Verbindung mit z. B. einer Elektrowerkzeugmaschine oder einem Ladegerät einen Energiespeicher mit höherer Leistung dar als die einzelnen Zellblöcke.
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Ferner schlägt die Erfindung eine Elektrowerkzeugmaschine mit einer Kontaktvorrichtung zum Anschließen wenigstens eines Energiespeicherpacks vor. Die Elektrowerkzeugmaschine kann länger oder mit höherer Leistung betrieben werden. Ferner kann auf ein bewährtes und robustes Kontaktsystem, etwa Kontakttulpen mit Steckfahnen, zurückgegriffen werden.
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Zeichnung
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es zeigen in schematischer Darstellung:
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1 eine Ansicht einer vorteilhaften Ausgestaltung zweier Polanschlüsse eines Energiespeicherpacks nach der Erfindung, von denen ein Polanschluss als Baugruppe ausgebildet ist, die zwei elektrisch getrennte Kontakte umfasst;
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2 eine Ausgestaltung eines Energiespeicherpacks nach der Erfindung beim Verbinden mit komplementären Anschlüssen;
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3 eine Verschaltung von vier Zellblöcken mit zwei Polanschlüssen, von denen jeder Polanschluss als Baugruppe ausgebildet ist, die zwei elektrisch getrennte Kontakte umfasst;
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4 eine Darstellung entsprechend 3 mit vier Zellblöcken in einem Gehäuse mit Kontaktpositionen für die Zellblöcke; und
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5 beispielhaft eine Elektrowerkzeugmaschine beim Verbinden mit einem Energiespeicherpack.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert.
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1 zeigt eine Ansicht einer vorteilhaften Ausgestaltung zweier Polanschlüsse 22, 24 eines nicht ausgeführten Energiespeicherpacks, z. B. eines Akkupacks, nach der Erfindung, von denen ein Polanschluss 22 als Baugruppe 30 ausgebildet ist, die zwei elektrisch getrennte Kontakte 22a, 22b umfasst. 2 zeigt eine Ausgestaltung eines Energiespeicherpacks 10 mit diesen Polanschlüssen 22, 24 beim Verbinden mit komplementären Anschlüssen 122, 124 eines nicht näher bezeichneten Geräts, beispielsweise einer Elektrowerkzeugmaschine oder eines Ladegeräts.
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Vorteilhaft können die Polanschlüsse 22, 24 als Kontakttulpen mit einer Längsachse L und einer Hochachse H ausgebildet sein, welche an ihrem freien Ende Federkontaktpaare 22f, 24f aufweisen, zwischen denen jeweils ein komplementärer Polanschluss 122, 124, beispielsweise eine komplementäre Kontaktzunge 132, 134, eines Geräts einklemmbar ist. In 1 sind die zwischen den Federkontaktpaare 22f, 24f eingeklemmten komplementären Anschlüsse 122, 124 nicht näher bezeichnet und nur durch unterbrochene Linien angedeutet.
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Die Kontaktzunge 132, 134 hat beispielsweise eine Hochachse parallel zur Hochachse H. Dazu sind die Polanschlüsse 22, 24 und die komplementären Polanschlüsse 122, 124 beispielsweise als Steckverbinder einer Stecker-/Buchseverbindung 110 ausgebildet, so dass die Kontaktzunge 132 sicher von den Kontaktzungen 22f des einen Polanschlusses 22 und die Kontaktzunge 134 sicher von den Kontaktzungen 24f des anderen Polanschlusses 24 gehalten wird.
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In diesem Ausführungsbeispiel ist der eine Polanschluss 22 als Baugruppe 30 mit zwei elektrisch getrennten Kontakten 22a, 22b ausgebildet, indem beispielsweise die Kontakttulpe längs geteilt ist. Der Kontakt 22a ist mittels einer Leitung 22aw mit einem Pol eines ersten Zellblocks mit wenigstens einem elektrochemischen Speicher (nicht dargestellt) verbunden. Der Kontakt 22b ist mittels einer Leitung 22bw mit einem gleichsinnigen Pol eines weiteren Zellblocks mit wenigstens einem elektrochemischen Speicher (nicht dargestellt) verbunden. Beispielsweise sind die Kontakte 22a, 22b mit den Minuspolen der beiden Zellblöcke verbunden. Die beiden anderssinnigen Pole der beiden Zellblöcke, beispielsweise die Pluspole, sind über eine Leitung 24w mit dem Polanschluss 24 verbunden. Die Höhe der Kontaktzungen 132, 134 erstreckt sich über die Höhe der Polanschlüsse 22, 24, so dass die Kontaktzungen 132, 134 stets mit allen Federkontaktpaaren 22f, 24f auch bei elektrisch getrennten Kontakten 22a, 22b eines oder beider Polanschlüsse 22, 24 in elektrische Verbindung gelangen.
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Durch die Trennung des Polanschlusses 22 in zwei elektrische Kontakte 22a, 22b werden diese beim Zusammenführen der Baugruppe 30 mit dem komplementären Steckverbinder 132 bzw. Polanschluss 122 elektrisch verbunden, wodurch die beiden Zellblöcke elektrisch parallel geschaltet werden. Damit steht nach erfolgter Herstellung der Verbindung 110 durch den Verbund der Zellblöcke die doppelte Energie bei gleicher Energiedichte der einzelnen Zellblöcke an den Polanschlüssen 22, 24 des Energiespeicherpacks 10 zur Verfügung. Damit kann die Laufzeit z. B. einer angeschlossenen Elektrowerkzeugmaschine verlängert werden. Des Weiteren kann durch ein paralleles Entladen eine geringere Belastung jedes einzelnen Zellblocks und somit eine geringere Selbsterwärmung erreicht werden, sodass die Lebensdauer des Energiespeicherpacks 10, bzw. der Zellblöcke, gesteigert werden kann. Darüber hinaus kann der Elektrowerkzeugmaschine durch paralleles Entladen auch ein höherer Strom zur Verfügung gestellt werden, als dies ein einzelner Zellblock spezifikationsgemäß könnte.
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3 zeigt eine Verschaltung von vier Zellblöcken 52, 54, 56, 58 in einem Energiespeicherpack 10 mit zwei Polanschlüssen 22, 24. Die Zellblöcke 52, 54, 56, 58 bestehen aus jeweils einer Vielzahl von elektrochemischen Speicherzellen. Der eine Polanschluss 22 des Energiespeicherpacks 10 ist als Baugruppe 30 und der andere Polanschluss 24 als Baugruppe 32 ausgebildet. Die Baugruppe 30 des Polanschlusses 22 umfasst zwei elektrisch getrennte Kontakte 22a, 22b, während die Baugruppe 32 des Polanschlusses 24 zwei elektrisch getrennte Kontakte 24a, 24b umfasst. 4 zeigt eine Darstellung entsprechend der Verschaltung in 3 mit vier Zellblöcken 52, 54, 56, 58 in einem Gehäuse 12 mit Kontaktpositionen 152a, 154a, 156a, 158a, 152b, 154b, 156b, 158b für die Zellblöcke 52, 54, 56, 58 bzw. deren Pole 52a, 54a, 56a, 58a (beispielsweise Minuspole) und Pole 52b, 54b, 56b, 58b (beispielsweise Pluspole).
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Die Kontakte 22a, 22b des einen Polanschlusses 22 sind mit gleichsinnigen Polen 52a, 54a, 56a, 58a der Zellblöcke 52, 54, 56, 58 verbunden, beispielsweise mit den Minuspolen. Die Kontakte 24a, 24b des zweiten Polanschlusses 24 sind mit den andersinnigen Polen 52b, 54b, 56b, 58b der Zellblöcke 52, 54, 56, 58 verbunden, beispielsweise mit den Pluspolen.
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Bei nicht angeschlossenem Gegenkontakt ist der Kontakt 22a über den Zellblock 52 mit dem Kontakt 24a verbunden und über den Zellblock 54 mit dem Kontakt 24b, während der Kontakt 22b über den Zellblock 56 mit dem Kontakt 24a und über den Zellblock 58 mit dem Kontakt 24b verbunden ist.
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Weist ein einzelner Zellblock beispielsweise 100 Wh auf, können durch die dargestellte Verschaltung durch Parallelschaltung der Zellblöcke 52, 54, 56, 58 bis zu 400 Wh im Gehäuse 12 bereitgestellt werden.
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Im Gehäuse 12 des Energiespeicherpacks 10 verlaufen von den Kontaktpositionen 152a, 154a, 156a, 158a, 152b, 154b, 156b, 158b für die Zellblöcke 52, 54, 56, 58 bzw. deren Polanschlüsse 52a, 54a, 56a, 58a und 52b, 54b, 56b, 58b elektrische Verbindungsleitungen 22aw, 22b2, 24aw, 24bw zu den Kontakten 22a, 22b und 24a, 24b der Polanschlüsse 22 und 24 an der Außenseite des Gehäuses 12.
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Grundsätzlich kann das Gehäuse 12 entsprechend ausgebildet sein, dass bei Bedarf einzelne oder alle der Zellblöcke 52, 54, 56, 58 ausgewechselt werden. können. Im eingesetzten Zustand können die Zellblöcke 52, 54, 56, 58 an den vorgesehenen Kontaktpositionen 152a, 154a, 156a, 158a, 152b, 154b, 156b, 158b mit lösbaren elektrischen Kontakten zusammenwirken, welche die Zellblöcke 52, 54, 56, 58 über die im Gehäuse angeordneten Verbindungsleitungen 22aw, 22bw, 24aw, 24bw an die entsprechenden Polanschlüsse 22, 24 anschließen.
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Vorteilhaft kann eine oder beide Baugruppen 30, 32 auch mehr als zwei elektrisch getrennte Kontakte 22a, 22b bzw. 24a, 24b aufweisen. Die Zahl der anschließbaren Zellblöcke ergibt sich als das Produkt der Anzahl der elektrisch getrennten Kontakte der Baugruppen 30, 32. Die Ausgestaltung der Polanschlüsse 22, 24 als Kontakttulpe ermöglicht dabei eine besonders einfache Aufteilung der Polanschlüsse 22, 24 in zwei oder mehr elektrisch getrennte Kontakte, da die Kontakttulpen einfach längs parallel zu einer Längsachse und/oder einer Hochachse geteilt werden können, während ein komplementärer Gegenkontakt als stabile Kontaktzunge leicht mit allen Federkontakten der Kontakttulpen zusammengeschoben werden kann.
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Ist jeder Polanschluss 22, 24 beispielsweise in drei Kontakte aufgeteilt, können neun Zellblöcke angeschlossen werden. Bei einer Aufteilung in sechs Kontakte je Polanschluss können sechsundreißig Zellblöcke angeschlossen werden und so weiter. Insbesondere Kontakttulpen lassen sich leicht teilen. Eine Längsteilung parallel zu einer Längsachse erfolgt parallel zu Federkontaktpaaren so, dass die (z. B. horizontal angeordneten) Federkontaktpaare eine (z. B. vertikal dazu angeordnete) Kontaktzunge eines komplementären Gegenkontakts zwischen sich einschließen können (wie in 1–4). Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, die Kontakttulpen auch parallel zu einer Hochachse zu teilen, so dass eine Teilung parallel zur Kontaktzunge des komplementären Gegenkontakts verläuft. Dann wären Federn eines Federkontaktpaares elektrisch voneinander getrennt, solange diese nicht in Kontakt mit dem komplementären Gegenkontakt gelangen. An jede einzelne der Federn eines Federkontaktpaares kann ein separater Zellblock angeschlossen werden. Auf diese Weise lassen sich auch Geräte mit sehr hohem Energiebedarf antreiben, etwa Elektroroller.
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5 zeigt beispielhaft eine Elektrowerkzeugmaschine 100 beim Verbinden mit einem Energiespeicherpack 10. Der Energiespeicherpack 10 kann in eine Aufnahme 102 eingeschoben werden, in denen die komplementären Polanschlüsse 122, 124 der Elektrowerkzeugmaschine 100 zum Anschließen der Polanschlüsse 22, 24 des Energiespeicherpacks 10 vorgesehen sind. Im gezeigten Ausführungsbeispiel entspricht der Energiespeicherpack 10 dem in 2 dargestellten Ausführungsform mit nur einem Polanschluss 22, der als Baugruppe 30 mit zwei elektrisch getrennten Kontakten 22a, 22b ausgebildet ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008040061 A1 [0004]
