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Stand der Technik
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Es ist bereits ein Handwerkzeugmaschinenakkupack mit einer Mehrzahl von Akkuzellen, die an einem Ende einen positiven Zellpol und an einem gegenüberliegenden Ende einen negativen Zellpol aufweisen, mit Verbindungsleitern, die dazu vorgesehen sind, die Akkuzellen elektrisch zu verbinden, mit einer Verbindungsseite und mit einer der Verbindungsseite gegenüberliegenden Seite, insbesondere Unterseite, vorgeschlagen worden.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung geht aus von einem Handwerkzeugmaschinenakkupack mit einer Mehrzahl von Akkuzellen, die an einem Ende einen positiven Zellpol und an einem gegenüberliegenden Ende einen negativen Zellpol aufweisen, mit Verbindungsleitern, die dazu vorgesehen sind, die Akkuzellen elektrisch zu verbinden, mit einer Verbindungsseite und mit einer der Verbindungsseite gegenüberliegenden Seite, insbesondere Unterseite.
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Es wird vorgeschlagen, dass die Akkuzellen einen integrierten Zellverbinder aufweisen, der dazu vorgesehen ist, einen der Zellpole der Akkuzelle am Ende des anderen Zellpols der Akkuzelle elektrisch kontaktierbar zur Verfügung zu stellen, und dass die Verbindungsleiter zur elektrischen Verbindung der Akkuzellen ausschließlich auf der Verbindungsseite angeordnet sind. Unter einem „Handwerkzeugmaschinenakkupack“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Akkupack mit einer Mehrzahl von Akkuzellen verstanden werden, der zur Energieversorgung einer Handwerkzeugmaschine vorgesehen ist. Es ist aber auch möglich, dass Akkupacks für andere akkubetriebene Geräte, wie insbesondere Computer, Beleuchtungseinrichtungen, Audiound/oder Videogeräte, die erfindungsgemäßen Merkmale aufweisen. Unter einer „Handwerkzeugmaschine“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein durch einen Benutzer handgeführtes Elektrogerät, wie insbesondere eine Bohrmaschine, ein Bohrhammer, eine Säge, ein Hobel, ein Schrauber, eine Fräse, ein Schleifer, ein Winkelschleifer und/oder ein Multifunktionswerkzeug oder ein Gartengerät wie eine Hecken-, Strauch- und/oder Grasschere, verstanden werden. Unter einer „Akkuzelle, die an einem Ende einen positiven Zellpol und an einem gegenüberliegenden Ende einen negativen Zellpol aufweist,“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine galvanische Zelle, insbesondere eine Sekundärzelle, aufweisende Akkuzelle verstanden werden, die einen Aufbau aufweist, bei dem ein Zellpol an einem Ende und ein weiterer Zellpol an einem gegenüberliegenden Ende zu liegen kommen. Bevorzugt sind die Akkuzellen als NiCd- oder NiMh-, besonders bevorzugt als lithiumbasierte Akkuzellen ausgebildet. Bevorzugt ist die Akkuzelle als zumindest im Wesentlichen zylinderförmige Rundzelle ausgebildet, wobei die Zellpole an Enden der Zylinderform angeordnet sind. In einer Variante der Erfindung ist es ebenfalls möglich, dass eine Akkuzelle zu einer Erhöhung einer Betriebsspannung der Akkuzelle zwei oder mehr galvanische Zellen in einer Serienschaltung aufweist, wobei die galvanischen Zellen entlang einer Symmetrieachse aufgereiht sind, die sich durch die Zellpole erstreckt. Unter „elektrisch verbinden“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Serienschaltung zur Spannungserhöhung und/oder eine Parallelschaltung zur Kapazitätserhöhung der Akkuzellen und/oder eine elektrische Verbindung der Akkuzellen mit einer Ladeund/oder Überwachungselektronik verstanden werden. Der Handwerkzeugmaschinenakkupack kann bevorzugt eine Mehrzahl Akkuzellen in einer Serienschaltung aufweisen, insbesondere 3, 4, 5 oder 10 Akkuzellen. Der Handwerkzeugmaschinenakkupack kann mehrere Gruppen von Akkuzellen in einer Parallelschaltung aufweisen, die jeweils Akkuzellen in einer Serienschaltung aufweisen. Insbesondere kann der Handwerkzeugmaschinenakkupack zwei oder drei Gruppen von Akkuzellen aufweisen, die jeweils von 3, 4, 5 oder 10 Akkuzellen in einer Serienschaltung gebildet werden. Es können durch die Nutzung von zwei oder drei Gruppen von Akkuzellen besonders einfach Varianten des Handwerkzeugmaschinenakkupacks mit gleicher Spannung und doppelter oder dreifacher Kapazität gegenüber einer Standardausführung mit einer Gruppe von Akkuzellen hergestellt werden. Je nach benötigter Spannung und/oder Kapazität kann die Anzahl von Akkuzellen und die Schaltungsart geeignet gewählt werden. Unter einem „integrierten Zellverbinder“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Zellverbinder verstanden werden, der mit der galvanischen Zelle eine Einheit bildet und mit dieser fest verbunden ist. Vorzugsweise kann der Zellverbinder mit einem der Zellpole der Akkuzelle verschweißt sein, insbesondere mit dem Zellpol an dem der Verbindungsseite abgewandten Ende der Akkuzelle. Bevorzugt kann der Zellverbinder zumindest überwiegend von einem Metall gebildet werden, insbesondere Kupfer oder Nickel oder einer Kupferlegierung oder einer Nickellegierung. Es ist insbesondere bei Anwendungen, bei denen nur ein geringerer Leitungsquerschnitt benötigt wird, auch möglich, dass der Zellverbinder von einem Folienleiter und/oder Flachleiter gebildet wird. Bevorzugt ist der Zellverbinder entlang einer Längserstreckung mit einer Außenfläche der galvanischen Zelle verbunden. Bevorzugt kann der Zellverbinder mit der Außenfläche der galvanischen Zelle verklebt und/oder verschweißt sein. Bevorzugt kann der Zellverbinder einen Großteil der Außenfläche der galvanischen Zelle abdecken. Insbesondere kann der Zellverbinder die galvanische Zelle um wenigstens 180° um ihre Längserstreckung umschließen. Der Zellverbinder kann einen besonders großen Leitungsquerschnitt aufweisen. In einer weiteren bevorzugten Ausbildung kann der Zellverbinder entlang der Längserstreckung der galvanischen Zelle einen hülsenförmigen Abschnitt aufweisen, der die galvanische Zelle umgibt. Der Zellverbinder kann dazu geeignet sein, besonders hohe Ströme zu übertragen. Der Zellverbinder kann eine besonders große Oberfläche aufweisen. Der Zellverbinder kann in einer Richtung senkrecht zu seiner Oberfläche eine besonders große Wärmemenge übertragen. Der Zellverbinder kann durch elektrische Ströme im Zellverbinder entstehende Verlustwärme besonders gut über seine Oberfläche abgeben. Eine Montage und/oder elektrische Verdrahtung des Handwerkzeugmaschinenakkupacks kann besonders einfach sein. Die Akkuzellen müssen auf nur einer Seite des Handwerkzeugmaschinenakkupacks elektrisch verbunden werden. Eine Montage des Handwerkzeugmaschinenakkupacks kann besonders leicht automatisierbar sein.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass die Akkuzellen in gleicher Polaritätsrichtung angeordnet sind. Unter „in gleicher Polaritätsrichtung angeordnet“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass in einem montierten Zustand des Handwerkzeugmaschinenakkupacks die positiven und negativen Zellpole der galvanischen Zellen der Akkuzellen jeweils nebeneinander zu liegen kommen. Die Akkuzellen können bei einem Montagevorgang des Handwerkzeugmaschinenakkupacks vorteilhaft gleichsinnig und/oder in einer gleichen Montagerichtung montiert werden. Eine Serienoder eine Parallelschaltung der Akkuzellen kann ausschließlich durch entsprechend angepasste Verbindungsleiter auf der Verbindungsseite möglich sein.
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Weiter wird ein Zellhalter mit Ausnehmungen vorgeschlagen, in denen jeweils zumindest eine Akkuzelle angeordnet ist. Die Ausnehmungen können jeweils mehrere, bezogen auf ihre Längserstreckung nebeneinander oder hintereinander angeordnete Akkuzellen aufnehmen. Bevorzugt nehmen die Ausnehmungen jeweils eine Akkuzelle auf. Die Akkuzellen können Verlustwärme über ihre Außenfläche besonders gut an den Zellhalter weitergeben. Vorteilhaft weisen die Ausnehmungen eine Zylinderform auf. Vorteilhaft sind die Ausnehmungen im Zellhalter in einer oder mehreren Reihen und/oder in einer Matrixanordnung angeordnet. Es sind auch weitere Anordnungen denkbar, insbesondere eine Anordnung der Ausnehmungen in einer Dreiecksanordnung, wobei an jeder Ecke des Dreiecks eine Ausnehmung angeordnet ist. Vorteilhaft weisen die Ausnehmungen einen an einen Außendurchmesser der Akkuzellen angepassten Innendurchmesser auf, so dass sich die Akkuzellen mit geringem Spiel in die Ausnehmungen einschieben lassen. Unter einem „geringen Spiel“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Spiel von weniger als 1 mm, bevorzugt weniger als 0,1 mm verstanden werden. Die Akkuzellen können mechanisch spannungsfrei montiert sein. Die Akkuzellen können Wärme besonders gut an den Zellhalter abgeben. Durch elektrische Verluste der Akkuzellen entstehende Wärme kann besonders gut von den Akkuzellen abgeleitet werden. Der Zellhalter kann aus einem Kunststoff gefertigt sein, bevorzugt jedoch aus einem Metall. Die Wärmeleitfähigkeit des Zellhalters kann besonders hoch sein. Die Wärmeabfuhr von der Akkuzelle durch den Zellhalter kann besonders gut sein. Eine thermische Balancierung der Akkuzellen kann besonders gut sein, so dass eine Temperatur der Akkuzellen möglichst ähnlich sein kann.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass an den Akkuzellen Positionshalter angeordnet sind, die zu einer Positionierung der Akkuzellen vorgesehen sind. Bevorzugt sind die Positionshalter dazu vorgesehen, die Akkuzellen in den Ausnehmungen des Zellhalters zu positionieren. Unter „positionieren“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere mit einer definierten Lage und/oder Orientierung lagern verstanden werden. Bevorzugt sind die Positionshalter dazu vorgesehen, die galvanische Zelle der Akkuzelle gegenüber dem Zellhalter zu isolieren. Bevorzugt stützt sich die Akkuzelle in der Ausnehmung des Zellhalters mit dem Positionshalter ab. Bevorzugt ist eine elektrisch leitende, mit einem der Zellpole verbundene Außenwand der galvanischen Zelle zumindest im montierten Zustand mit dem Zellhalter kontaktlos. Unter „kontaktlos“ soll in diesem Zusammenhang das Fehlen eines unmittelbaren Kontakts, insbesondere eines elektrischen Kontakts, verstanden werden. Ein elektrischer Kurzschluss der Akkuzellen durch den Zellhalter kann vermieden werden. Die Zellen können insbesondere bezogen zur galvanischen Zelle der Akkuzelle zentrisch in den Ausnehmungen des Zellhalters fixiert sein. Eine Abweichung eines Querschnitts der Akkuzellen von Kreisquerschnitten durch den Zellverbinder kann ausgeglichen werden. Die Akkuzellen können in den zylinderförmigen Ausnehmungen des Zellhalters zentrisch gelagert werden.
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Bevorzugt weisen die Zellverbinder der Akkuzellen Kontaktstellen auf, die zu einer Einzelzellüberwachung vorgesehen sind. Bevorzugt haben die Kontaktstellen zur Einzelzellüberwachung einen geringeren Leitungsquerschnitt als Kontaktstellen die zur Serien- und/oder Parallelschaltung der Akkuzellen vorgesehen sind. Eine Lade- und/oder Entladeelektronik kann die Akkuzellen separat überwachen. Eine Überladung und/oder eine Tiefentladung der Akkuzellen kann vermieden werden. Eine Leitungsführung für eine Einzelzellüberwachung kann besonders einfach sein. Separate Leitungen zur Einzelzellüberwachung können entfallen.
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Weiter wird ein auf der Verbindungsseite angeordnetes Elektronikmodul vorgeschlagen. Das Elektronikmodul kann insbesondere eine Leiterplatte aufweisen. Die Verbindungsleiter können überwiegend, vorteilhaft ausschließlich, vom Elektronikmodul gebildet werden, insbesondere von Leiterbahnen des Elektronikmoduls. Besonders vorteilhaft werden die Verbindungsleiter zwischen schaltungstechnisch benachbarten Akkuzellen von Kontaktstellen der Zellverbinder gebildet. Die Kontaktstellen der Zellverbinder können so in Richtung der jeweiligen schaltungstechnisch benachbarten Akkuzelle umgebogen werden, dass sie den der Verbindungsseite zugewandten Zellpol der benachbarten Akkuzelle kontaktieren. Vorzugsweise können die dem Elektronikmodul zugewandten Zellpole und/oder Zellverbinder der schaltungstechnisch ersten und letzten Akkuzellen mit Kontaktstellen des Elektronikmoduls elektrisch kontaktiert sein, vorzugsweise durch Löten und/oder eine Anpresskraft. Separate Verbindungsleiter, insbesondere Kabel und/oder Drähte, können entfallen. Die Verbindungsleiter können von auf der Verbindungsseite liegenden Abschnitten der Zellverbinder gebildet sein. Eine Montage des Handwerkzeugmaschinenakkupacks kann besonders einfach und/oder gut automatisierbar sein. Vorzugsweise weist das Elektronikmodul auf seiner den Akkuzellen abgewandten Seite eine Schnittstelle auf, die zu einer Kontaktierung des Handwerkzeugmaschinenakkupacks mit einer Handwerkzeugmaschine vorgesehen sind. Die Schnittstelle kann Bestandteil des Elektronikmoduls sein. Eine Montage des Handwerkzeugmaschinenakkupacks kann besonders einfach sein. Abhängig von der Bauform des Handwerkzeugmaschinenakkupacks und eines Aufnahmebereichs für den Handwerkzeugmaschinenakkupack in einer Handwerkzeugmaschine kann es auch vorteilhaft sein, dass die Schnittstelle an einer weiteren Seite des Handwerkzeugmaschinenakkupacks angebracht und mit dem Elektronikmodul elektrisch verbunden ist. Bevorzugt weist das Elektronikmodul eine Akkuzellenschutzschaltung auf. Besonders bevorzugt ist die Akkuzellenschutzschaltung mit den Kontaktstellen zur Einzelzellüberwachung verbunden. Bevorzugt ist die Akkuzellenschutzschaltung dazu vorgesehen, eine Überladung und/oder eine Tiefentladung der Akkuzellen zu verhindern. Besonders bevorzugt weist das Elektronikmodul eine Temperaturüberwachung des Handwerkzeugmaschinenakkupacks und/oder der Akkuzellen auf. Eine Beschädigung und/oder vorzeitige Alterung der Akkuzellen durch elektrische und/oder thermische Überlastung kann vermieden werden. Der Handwerkzeugmaschinenakkupack kann besonders langlebig und/oder betriebssicher sein.
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Weiter wird ein an der der Verbindungsseite gegenüberliegenden Seite, insbesondere Unterseite, des Handwerkzeugmaschinenakkupacks angeordneten Kühlkörper vorgeschlagen. Unter einem „Kühlkörper“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Körper verstanden werden, der eine besonders große Wärmemenge an eine Umgebung abgeben kann. Bevorzugt weist der Kühlkörper eine durch Kühlrippen vergrößerte Oberfläche auf. Vorzugsweise ist der Kühlkörper zumindest im Wesentlichen von einem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit gebildet, insbesondere einem Metall. Bevorzugt ist der Kühlkörper an einer der Verbindungsseite abgewandten Seite des Zellhalters angeordnet. Die Akkuzellen können Wärme besonders gut über den Zellhalter an den Kühlkörper abgeben.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Akkuzellen zumindest teilweise in einer Vergussmasse eingebettet sind. Bevorzugt sind die Akkuzellen nach dem Einsetzen in die Ausnehmungen des Zellhalters mit der Vergussmasse vergossen. Bevorzugt weist die Vergussmasse einen geringen Wärmewiderstand auf, wie zum Beispiel eine Vergussmasse auf Silikonbasis. Bevorzugt füllt die Vergussmasse Zwischenräume zwischen den Akkuzellen und dem Zellhalter aus. Eine Wärmeübertragung von den Akkuzellen auf den Zellhalter kann besonders gut sein. Die Akkuzellen können Wärme besonders gut abgeben. Bevorzugt sind die Zellpole und/oder die Verbindungsleiter und/oder das Elektronikmodul zumindest teilweise in der Vergussmasse eingebettet. Ein Eindringen von Feuchtigkeit und/oder Flüssigkeiten kann vermieden werden. Die Akkuzellen, Zellverbinder und Verbindungsleiter können vor Feuchtigkeit geschützt sein. Korrosion und/oder Fehlströme und/oder Kurzschlüsse können vermieden werden. Der Handwerkzeugmaschinenakkupack kann besonders robust und betriebssicher sein.
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Weiter wird ein Oberteil vorgeschlagen, das zu einer Fixierung der Akkuzellen im Zellhalter und/oder zu einer Lagerung des Elektronikmoduls vorgesehen ist. Bevorzugt weist das Oberteil einen Aufnahmebereich für das Elektronikmodul auf. Bevorzugt weist das Oberteil Rastmittel auf, die dazu vorgesehen sind, das Oberteil über eine Rastverbindung mit dem Zellhalter zu verbinden. Eine Montage des Handwerkzeugmaschinenakkupacks kann besonders einfach sein. Bevorzugt weist der Handwerkzeugmaschinenakkupack eine Abdeckung auf, die den Handwerkzeugmaschinenakkupack auf der Verbindungsseite nach außen begrenzt. Bevorzugt weist die Abdeckung eine Ausnehmung für die Schnittstelle mit einer Handwerkzeugmaschine auf.
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Weiter wird eine Akkuzelle mit einem Zellverbinder und/oder einem Positionshalter für einen Handwerkzeugmaschinenakkupack vorgeschlagen. Die Akkuzelle kann als vormontiertes Modul gefertigt werden. Die Akkuzelle kann besonders geeignet für einen Einsatz in einem Handwerkzeugmaschinenakkupack sein.
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Weiter wird ein Verfahren zur Herstellung eines Handwerkzeugmaschinenakkupacks vorgeschlagen. Insbesondere kann das Verfahren die Schritte aufweisen, dass Akkuzellen mit einem Zellverbinder in einen Zellhalter eingeführt werden, mit einem Oberteil fixiert und mit einer Vergussmasse vergossen werden, dass ein Elektronikmodul auf der Verbindungsseite auf den Zellhalter mit den Akkuzellen aufgesetzt wird und die Akkuzellen elektrisch verbindet und dass ein Kühlkörper an der der Verbindungsseite gegenüberliegenden Seite, insbesondere Unterseite, des Zellhalters angebracht wird.
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Bei dem oben beschriebenen Handwerkzeugmaschinenakkupack und der oben beschriebenen Akkuzelle handelt es sich um eine Idealisierung. Die Erfindung umfasst jedoch auch Handwerkzeugmaschinenakkupacks und Akkuzellen, welche im Rahmen der Herstellungstoleranzen von dieser idealisierten Form abweichen.
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Der erfindungsgemäße Handwerkzeugmaschinenakkupack und die erfindungsgemäße Akkuzelle sollen hierbei nicht auf die oben beschriebenen Anwendungen und Ausführungsformen beschränkt sein. Insbesondere kann der erfindungsgemäße Handwerkzeugmaschinenakkupack und die erfindungsgemäße Akkuzelle zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl einzelner Elemente, Bauteile und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen.
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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:
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1 eine schematische Darstellung dreier Schnitte durch einen erfindungsgemäßen Handwerkzeugmaschinenakkupack,
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2 eine Explosionszeichnung des erfindungsgemäßen Handwerkzeugmaschinenakkupacks,
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3 eine schematische Darstellung einer Akkuzelle für den Handwerkzeugmaschinenakkupack in drei Ansichten,
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4 eine schematische Darstellung von zwei weiteren Varianten einer Akkuzelle für den Handwerkzeugmaschinenakkupack in jeweils zwei Ansichten,
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5 eine schematische Darstellung dreier Verfahrensschritte zur Herstellung des Handwerkzeugmaschinenakkupacks,
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6 eine schematische Darstellung dreier weiterer Verfahrensschritte zur Herstellung des Handwerkzeugmaschinenakkupacks,
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7 eine schematische Darstellung einer Ladeeinrichtung für den Handwerkzeugmaschinenakkupack,
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8 eine schematische Darstellung eines Handwerkzeugmaschinenakkupacks in einem zweiten Ausführungsbeispiel in zwei Ansichten und drei Schnittdarstellungen,
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9 eine schematische Darstellung eines Handwerkzeugmaschinenakkupacks in einem dritten Ausführungsbeispiel in vier Varianten in jeweils zwei Ansichten,
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10 eine schematische Darstellung eines Handwerkzeugmaschinenakkupacks in einem vierten Ausführungsbeispiel in vier Varianten in jeweils zwei Ansichten,
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11 eine schematische Darstellung eines Handwerkzeugmaschinenakkupacks in einem fünften Ausführungsbeispiel,
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12 eine schematische Darstellung eines Handwerkzeugmaschinenakkupacks in einem sechsten Ausführungsbeispiel in vier Varianten in jeweils drei Ansichten und
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13 eine schematische Darstellung eines Handwerkzeugmaschinenakkupacks in einem siebten Ausführungsbeispiel.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt eine schematische Darstellung dreier Schnitte I, II und III durch einen Handwerkzeugmaschinenakkupack 10a mit acht Akkuzellen 12a in einer Serienschaltung, die an einem Ende 14a einen positiven Zellpol 16a und an einem gegenüberliegenden Ende 18a einen negativen Zellpol 20a aufweisen, mit Verbindungsleitern 22a (2), die dazu vorgesehen sind, die Akkuzellen 12a elektrisch zu verbinden, mit einer Verbindungsseite 24a und mit einer der Verbindungsseite 24a gegenüberliegenden Seite, hier einer Unterseite 26a.
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Der Handwerkzeugmaschinenakkupack 10a weist einen Zellhalter 30a mit von acht zylindrischen Metallhülsen gebildeten Ausnehmungen 32a auf (5), in denen jeweils eine Akkuzelle 12a angeordnet ist. Der Zellhalter 30a mit den acht Metallhülsen kann zum Beispiel tiefgezogen oder fließgepresst sein. In dem Zellhalter 30a sind die acht Akkuzellen 12a in gleicher Polaritätsrichtung angeordnet, wobei der positive Zellpol 16a auf der Verbindungsseite 24a angeordnet ist. Die Akkuzellen 12a sind im Zellhalter 30a in einer silikonbasierten, wärmeleitfähigen Vergussmasse 42a eingebettet, um einen guten Wärmeübergang von den Akkuzellen 12a zum Zellhalter 30a sicherzustellen und die Akkuzellen 12a vor Feuchtigkeit und/oder Flüssigkeiten zu schützen. An der der Verbindungsseite 24a gegenüberliegenden Seite, hier der Unterseite 26a ist am Zellhalter 30a ein Kühlkörper 40a mit Kühlrippen angeordnet, so dass im Handwerkzeugmaschinenakkupack 10a insbesondere in den Akkuzellen 12a entstehende Verlustwärme mit einem reduzierten Wärmewiderstand an eine Umgebung abgegeben werden kann.
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Die Akkuzellen 12a weisen zylinderförmige, lithiumbasierte galvanische Rundzellen und jeweils einen integrierten Zellverbinder 28a auf, der dazu vorgesehen ist, den negativen Zellpol 20a der Akkuzelle 12a am Ende 14a des positiven Zellpols 16a der Akkuzelle 12a elektrisch kontaktierbar zur Verfügung zu stellen (3 und 4). 3-I zeigt eine erste Variante einer Akkuzelle 12a mit einem Zellverbinder 28a. Der Zellverbinder 28a wird von einem Kupferstreifen gebildet. Der Zellverbinder 28a ist mit dem negativen Zellpol 20a verschweißt und mit einer Zylinderoberfläche der Akkuzelle 12a mit einem wärmeleitfähigen Klebstoff verklebt, um einen guten Wärmeübergang zwischen Akkuzelle 12a und Zellverbinder 28a sicherzustellen. Die Akkuzelle der 3-I ist insbesondere für einen Einsatz mit einem Zellhalter 30a geeignet, der in seinen Ausnehmungen 32a über eine elektrische Isolierung verfügt. Die 3-II zeigt eine zweite Variante einer Akkuzelle 12a, wobei an der Akkuzelle 12a zusätzlich ein Positionshalter 34a angeordnet ist, der zu einer Positionierung der Akkuzelle 12a sowie einer elektrischen Isolierung der Akkuzelle 12a gegenüber dem Zellhalter 30a vorgesehen ist. Der Positionshalter 34a sichert eine zentrische Position der Akkuzelle 12a im Zellhalter 30a und gleicht einen ungleichförmigen Umfang der Akkuzelle 12a durch eine Dicke des Zellverbinders 28a senkrecht zur Zylinderoberfläche der Akkuzelle 12a aus. 3-III zeigt die im ersten Ausführungsbeispiel eingesetzte dritte Variante der Akkuzelle 12a mit Positionshalter 34a, bei der der Zellverbinder 28a der Akkuzelle 12a eine Kontaktstelle 36a aufweist, die zu einer Einzelzellüberwachung vorgesehen ist. Der Zellverbinder 28a umschließt die Rundzelle der Akkuzelle 12a um ihre Längsachse um mehr als 180°. Die Kontaktstellen 36a, die nur einer Spannungsmessung der Akkuzellen 12a dienen, weisen einen geringeren Querschnitt auf als eine Kontaktstelle 46a, die zu einer Serien- und/oder Parallelschaltung der Akkuzelle 12a vorgesehen ist und die im Betrieb einen Lade- und/oder Entladestrom der Akkuzelle 12a leitet. Die in 3-III gezeigte Akkuzelle 12a ist die in den weiteren 1, 2, und 5 bis 7 des ersten Ausführungsbeispiels gezeigte.
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In den 4-I und 4-II ist eine weitere Variante der Akkuzelle 12a mit einem Zellverbinder 28a mit besonders großem Querschnitt, der nahezu die gesamte Zylinderoberfläche der Akkuzelle 12a überdeckt, dargestellt. In den 4-III und 4-IV weist der Zellverbinder 28a mit großem Querschnitt zusätzlich zwei Kontaktstellen 36a, 46a auf, so dass eine Einzelzellüberwachung der Akkuzellen 12a ermöglicht wird. Die Zellverbinder 28a der in den 4-I bis 4-IV dargestellten Akkuzellen 12a sind besonders für Hochstromanwendungen geeignet. Die Akkuzellen 12a mit Zellverbindern 22a und Positionshaltern 34a bilden vorgefertigte Module zur Herstellung des Handwerkzeugmaschinenakkupacks 10a.
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Die Verbindungsleiter 22a zur elektrischen Verbindung der Akkuzellen 12a sind ausschließlich auf der Verbindungsseite 24a des Handwerkzeugmaschinenakkupacks 10a angeordnet und werden von auf der Verbindungsseite 24a liegenden Abschnitten der Zellverbinder 28a gebildet. Die Verbindungsleiter 22a werden von die Kontaktstellen 46a bildenden Enden der Zellverbinder 28a gebildet, die jeweils so in Richtung einer schaltungstechnisch benachbarten Akkuzelle 12a umgeschlagen sind, dass sie den jeweiligen positiven Zellpol 16a dieser Akkuzelle 12a kontaktieren, so dass schaltungstechnisch benachbarte Akkuzellen 12a in einer Serienschaltung elektrisch verbunden sind. Der freie positive Zellpol 16a und die freie Kontaktstelle 46a der ersten beziehungsweise letzten Akkuzellen 12a der Serienschaltung bilden einen positiven Batteriepol 56a und einen negativen Batteriepol 58a (5-III) und sind mit Kontakten eines Elektronikmoduls 38a verbunden. Zusätzlich kontaktiert das Elektronikmodul 38a die Kontaktstellen 36a zu einer Einzelzellüberwachung der Akkuzellen 12a. Das Elektronikmodul 38a weist eine Leiterplatte 48a auf sowie Bauteile einer Schutzschaltung, die dazu vorgesehen ist, Zellspannungen der Akkuzellen 12a auf einen Bereich zwischen einer Ladeschlussspannung und einer Entladeschlussspannung zu begrenzen. Weiter weist das Elektronikmodul 38a Kontakte 50a einer Schnittstelle 52a auf, die zu einer Kontaktierung des Handwerkzeugmaschinenakkupacks 10a mit einer Handwerkzeugmaschine vorgesehen ist. Die Schnittstelle 52a ist auf der Verbindungsseite 24a des Handwerkzeugmaschinenakkupacks 10a angeordnet.
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Ein Oberteil 44a dient zu einer Fixierung der Akkuzellen 12a im Zellhalter 30a und zu einer Lagerung des Elektronikmoduls 38a. Das Oberteil 44a wird von der Verbindungsseite 24a her auf den Zellhalter 30a aufgesteckt und nimmt das Elektronikmodul 38a ebenfalls von der Verbindungsseite 24a her auf. Eine Abdeckung 54a, die eine Ausnehmung für die Schnittstelle 52a aufweist, schließt den Handwerkzeugmaschinenakkupack 10a auf der Verbindungsseite 24a ab.
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Die 5 und 6 beschreiben ein Verfahren zur Herstellung des Handwerkzeugmaschinenakkupacks 10a: In einem ersten Verfahrensschritt (5-I) wird das Oberteil 44a auf den Zellhalter 30a aufgesetzt. In einem weiteren Verfahrensschritt (5-II) werden die Akkuzellen 12a in die Ausnehmungen 32a des Zellhalters 30a eingeschoben. 5-III zeigt den Zellhalter 30a mit den eingesetzten Akkuzellen 12a und dem Oberteil 44a. Die Kontaktstellen 46a der Zellverbinder 28a schaltungstechnisch benachbarter Akkuzellen 12a werden auf die positiven Zellpole 16a der benachbarten Akkuzellen 12a umgeschlagen, so dass die Akkuzellen 12a in einer Serienschaltung verbunden sind. Bei den Akkuzellen 12a an den Enden der Serienschaltung bleibt ein vom positiven Zellpol 16a der Akkuzelle 12a an einem Ende der Serienschaltung gebildeter positiver Batteriepol 56a und ein von der Kontaktstelle 46a der Akkuzelle 12a am anderen Ende der Serienschaltung gebildeter negativer Batteriepol 58a frei. Die Akkuzellen 12a sind bereits mit der in dieser Figur nicht dargestellten Vergussmasse 42a vergossen. In einem weiteren Verfahrensschritt (6-I) wird das Elektronikmodul 38a auf das Oberteil 44a aufgesetzt. Das Elektronikmodul 38a kontaktiert den positiven Batteriepol 56a, den negativen Batteriepol 58a und die Kontaktstellen 36a zur Einzelzellüberwachung. In einem weiteren Verfahrensschritt (6-II) wird der Kühlkörper 40a auf der der Verbindungsseite 24a gegenüberliegenden Seite, hier der Unterseite 26a, auf den Zellhalter 30a aufgesteckt. In einem weiteren Verfahrensschritt (6-III) wird auf der Verbindungsseite 24a die Abdeckung 54a angebracht. 6-IV zeigt den fertig montierten Handwerkzeugmaschinenakkupack 10a. Der Handwerkzeugmaschinenakkupack 10a kann in den Akkuzellen 12a und in den Zellverbindern 28a durch elektrische Verluste entstehende Wärme besonders gut abgeben. Die Akkuzellen 12a und Zellverbinder 28a stehen in einem direkten Kontakt mit dem Zellhalter 30a oder durch die Vergussmasse 42a in einem indirekten Kontakt mit dem Zellhalter 30a. Der Zellhalter 30a gibt an seiner Oberfläche und durch den Kühlkörper 40a bei einer Erwärmung über eine Umgebungstemperatur Wärmeenergie an die Umgebung ab.
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7 zeigt eine Ladeeinrichtung 60a, die zum Laden des Handwerkzeugmaschinenakkupacks 10a vorgesehen ist. Die Ladeeinrichtung 60a verfügt über einen Lüfter 62a, der einen Kühlluftstrom 64a erzeugt. Der Kühlluftstrom 64a streift den Zellhalter 30a und den Kühlkörper 40a des Handwerkzeugmaschinenakkupacks 10a, so dass der Handwerkzeugmaschinenakkupack 10a an den Kühlluftstrom 64a Wärmeenergie abgibt und eine Temperatur des Handwerkzeugmaschinenakkupacks 10a reduziert wird.
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In den 8 bis 13 sind sechs weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt. Die nachfolgende Beschreibung und die Zeichnung beschränken sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen, wobei bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, grundsätzlich auch auf die Zeichnung und/oder die Beschreibung der anderen Ausführungsbeispiele, insbesondere der 1 bis 7, verwiesen werden kann. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele ist der Buchstabe a den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels in den 1 bis 7 nachgestellt. In den Ausführungsbeispielen der 8 bis 13 ist der Buchstabe a durch die Buchstaben b bis g ersetzt.
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8 zeigt einen Handwerkzeugmaschinenakkupack 10b in einem zweiten Ausführungsbeispiel. Der Handwerkzeugmaschinenakkupack 10b des zweiten Ausführungsbeispiels unterscheidet sich vom Handwerkzeugmaschinenakkupack 10a insbesondere dadurch, dass ein Zellhalter 30b aus einem Kunststoffmaterial gefertigt ist. Der Zellhalter 30b weist Ausnehmungen 32b zur Aufnahme von Akkuzellen 12b auf, die auf einer einer Verbindungsseite 24b gegenüberliegenden Seite, hier der Unterseite 26b, geschlossen sind. Ein Kühlkörper zum Abschluss der Unterseite 26b des Handwerkzeugmaschinenakkupacks 10b entfällt. Der Handwerkzeugmaschinenakkupack 10b ist besonders kostengünstig und für Anwendungen geeignet, bei denen eine verglichen mit dem Handwerkzeugmaschinenakkupack 10a geringere Wärmeabgabe von im Handwerkzeugmaschinenakkupack 10b entstehender Verlustwärme zulässig ist.
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9 zeigt einen Handwerkzeugmaschinenakkupack 10c in einem dritten Ausführungsbeispiel in vier Varianten A–D in jeweils zwei Ansichten I und II. Der Handwerkzeugmaschinenakkupack 10c des dritten Ausführungsbeispiels unterscheidet sich vom Handwerkzeugmaschinenakkupack 10b des zweiten Ausführungsbeispiels insbesondere dadurch, dass eine Schnittstelle 52c zur elektrischen Verbindung des Handwerkzeugmaschinenakkupacks 10c mit einer Handwerkzeugmaschine auf einer Seite eines Zellhalters 30c parallel zu Symmetrieachsen 66c von Akkuzellen 12c angeordnet ist. Eine Verbindungsseite 24c mit einem Elektronikmodul 38c ist an einem die positiven Zellpole 16c aufweisenden Ende 14c der Akkuzellen 12c angeordnet. Die Varianten A–D des Handwerkzeugmaschinenakkupacks 10c des dritten Ausführungsbeispiels unterscheiden sich darin, dass sie 3, 4, 5 beziehungsweise 10 Akkuzellen 12c in einer Serienschaltung aufweisen. Die Akkuzellen 12c der Varianten A–C sind in einer Reihe, die der Variante D in zwei Reihen angeordnet.
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10 zeigt einen Handwerkzeugmaschinenakkupack 10d in einem vierten Ausführungsbeispiel in vier Varianten A–D in jeweils zwei Ansichten I und II. Der Handwerkzeugmaschinenakkupack 10d des vierten Ausführungsbeispiels unterscheidet sich vom Handwerkzeugmaschinenakkupack 10c des dritten Ausführungsbeispiels insbesondere dadurch, dass zwei elektrisch parallel geschaltete Gruppen 68d jeweils von in Serie geschalteten Akkuzellen 12d gebildet werden. Die beiden parallel geschalteten Gruppen 68d der Variante A weisen drei Akkuzellen 12d in einer Serienschaltung auf. Die beiden parallel geschalteten Gruppen 68d der Variante B weisen vier Akkuzellen 12d in einer Serienschaltung auf. Die beiden parallel geschalteten Gruppen 68d der Variante C weisen fünf Akkuzellen 12d in einer Serienschaltung auf. Die beiden parallel geschalteten Gruppen 68d der Variante D weisen zehn Akkuzellen 12d in einer Serienschaltung auf. Der Handwerkzeugmaschinenakkupack 10d weist gegenüber einem Handwerkzeugmaschinenakkupack mit nur einer in Serie geschalteten Gruppe von Akkuzellen eine doppelte Kapazität auf.
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11 zeigt einen Handwerkzeugmaschinenakkupack 10e in einem fünften Ausführungsbeispiel in zwei Ansichten I und II. Der Handwerkzeugmaschinenakkupack 10e des fünften Ausführungsbeispiels unterscheidet sich vom Handwerkzeugmaschinenakkupack 10d des vierten Ausführungsbeispiels insbesondere dadurch, dass drei elektrisch parallel geschaltete Gruppen 68e jeweils von 10 in Serie geschalteten Akkuzellen 12e gebildet werden. Der Handwerkzeugmaschinenakkupack 10e weist gegenüber einem Handwerkzeugmaschinenakkupack mit nur einer in Serie geschalteten Gruppe von Akkuzellen eine dreifache Kapazität auf.
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12 zeigt einen Handwerkzeugmaschinenakkupack 10f in einem sechsten Ausführungsbeispiel in vier Varianten A–D in jeweils drei Ansichten I, II und III. Der Handwerkzeugmaschinenakkupack 10f des sechsten Ausführungsbeispiels unterscheidet sich von den Handwerkzeugmaschinenakkupacks 10c, 10d und 10e der dritten, vierten und fünften Ausführungsbeispiele insbesondere dadurch, dass eine Schnittstelle 52f wie im ersten Ausführungsbeispiel auf einer Verbindungsseite 24f des Handwerkzeugmaschinenakkupacks 10f angeordnet ist. Weiter weist die Verbindungsseite ein Elektronikmodul 38f auf. Die 12-A zeigt eine mögliche Anordnung von acht Akkuzellen 12f, 12-B eine mögliche Anordnung von elf Akkuzellen 12f, 12-C eine mögliche Anordnung von 20 Akkuzellen 12f und 12-D eine mögliche Anordnung von 30 Akkuzellen 12f. Die Akkuzellen 12f können abhängig von einer gewünschten Kapazität und Betriebsspannung wie im dritten und vierten Ausführungsbeispiel in einer Serienschaltung oder in parallel geschalteten Gruppen von Akkuzellen 12f in einer Serienschaltung angeordnet sein.
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13 zeigt einen Handwerkzeugmaschinenakkupack 10g in einem siebten Ausführungsbeispiel. Der Handwerkzeugmaschinenakkupack 10g des fünften Ausführungsbeispiels unterscheidet sich vom Handwerkzeugmaschinenakkupack 10f des sechsten Ausführungsbeispiels insbesondere durch eine alternative Anordnung von drei Akkuzellen 12g in einer dreiecksförmigen Anordnung. Die schaltungstechnisch mittlere Akkuzelle 12g ist durch Kontaktstellen 46g von Zellverbindern 28g mit den an schaltungstechnischen Enden angeordneten Akkuzellen 12g verbunden. Eine Schnittstelle 52g kann direkt durch einen positiven Zellpol 16g und die Kontaktstelle 46g der schaltungstechnisch ersten beziehungsweise letzten Akkuzelle 12g gebildet werden. Alternativ kann, wie in den vorangegangenen Ausführungsbeispielen gezeigt, auf einer Verbindungsseite 24g ein Elektronikmodul mit der Schnittstelle 52g angeordnet sein und/oder die Schnittstelle 52g kann separat ausgebildet und mit den Akkuzellen 12g elektrisch verbunden sein.
