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Stand der Technik
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Es ist bereits eine Hochleistungshandwerkzeugmaschinenvorrichtung mit zumindest einem Elektromotor, der zu einem Antrieb eines Bearbeitungswerkzeugs vorgesehen ist, vorgeschlagen worden. Derartige Hochleistungshandwerkzeugmaschinen weisen bekanntermaßen eine Brennkraftmaschine oder einen Elektromotor zu einem Antrieb eines Bearbeitungswerkzeugs auf. Elektromotoren mit hoher Abgabeleistung werden von einem externen Stromnetz, insbesondere einem Wechselspannungsstromnetz, mit elektrischer Energie versorgt.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung geht aus von einer Hochleistungshandwerkzeugmaschinenvorrichtung mit zumindest einem Elektromotor, der zu einem Antrieb eines Bearbeitungswerkzeugs vorgesehen ist.
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Es wird vorgeschlagen, dass die Hochleistungshandwerkzeugmaschinenvorrichtung eine Energiespeichereinheit umfasst, die zur elektrischen Versorgung des zumindest einen Elektromotors vorgesehen ist. Dadurch kann die Hochleistungshandwerkzeugmaschinenvorrichtung vorteilhaft elektrisch und gleichzeitig unabhängig von einer externen Spannungsversorgung betrieben werden. Ferner kann die Hochleistungshandwerkzeugmaschinenvorrichtung bei hoher Ausgabeleistung eine geringe Lärmemission aufweisen. Anwendungen, die bislang nur von brennkraftmaschinenbetriebenen Hochleistungshandwerkzeugmaschinen durchgeführt werden konnten, können nun vorteilhaft durch eine umweltverträglichere elektrisch betriebene Hochleistungshandwerkzeugmaschinenvorrichtung durchgeführt werden. Auf ein externes Stromnetz, insbesondere ein Wechselspannungsstromnetz, kann vorteilhaft verzichtet werden. Die Energiespeichereinheit bildet vorzugsweise einen Akkumulator aus. Der Akkumulator weist vorteilhaft mehrere Akkumulatorzellen auf. Unter einer „Hochleistungshandwerkzeugmaschine“ soll insbesondere eine tragbare werkstückbearbeitende Maschine mit einer Abgabeleistung von mehr als 1000 W verstanden werden. Vorteilhaft bildet die Hochleistungshandwerkzeugmaschinenvorrichtung einen Winkelschleifer, einen Trennschleifer, einen Bohrhammer, eine Kettensäge, einen Kernlochbohrer und/oder eine Fräse aus. Bevorzugt weist die Hochleistungshandwerkzeugmaschinenvorrichtung einen Gesamtwirkungsgrad von zumindest 75 % auf. Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Energiespeichereinheit zumindest eine Lithium-Luft-Zelle aufweist. Dadurch kann eine besonders hohe Akkulaufzeit bei einer hohen Abgabeleistung erzielt werden. Die Energiespeichereinheit kann vorteilhaft eine Massenenergiedichte von bis zu 11,14 kWh/kg aufweisen. Die zumindest eine Lithium-Luft-Zelle weist vorteilhaft zumindest eine positive Elektrode aus mesoporösem Kohlenstoff auf.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass die Energiespeichereinheit zumindest eine Lithium-Schwefel-Zelle aufweist. Dadurch kann eine besonders hohe Akkulaufzeit bei einer hohen Abgabeleistung erzielt werden. Die Energiespeichereinheit kann vorteilhaft eine Massenenergiedichte von bis zu 2,6 kWh/kg aufweisen.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der zumindest eine Elektromotor eine Abgabeleistung von zumindest 1400 W aufweist. Dadurch kann ein besonders breites Spektrum von Anwendungen abgedeckt werden. Vorzugsweise weist der zumindest eine Elektromotor eine Abgabeleistung von zumindest 1700 W, besonders bevorzugt von zumindest 2000 W, ganz besonders bevorzugt von zumindest 2500 W auf.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Energiespeichereinheit eine Massenenergiedichte von zumindest 350 Wh/kg aufweist. Dadurch kann eine besonders hohe Energiemenge bei einem geringen Gewicht der Energiespeichereinheit gespeichert werden.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass die Energiespeichereinheit eine Volumenenergiedichte von zumindest 700 Wh/l aufweist. Dadurch kann eine besonders hohe Energiemenge bei einem geringen Volumen der Energiespeichereinheit gespeichert werden.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Energiespeichereinheit eine Energiemenge von zumindest 270 Wh aufweist. Dadurch kann eine besonders lange Betriebsdauer mit hoher Abgabeleistung erreicht werden. Bevorzugt weist die Energiespeichereinheit eine Energiemenge von zumindest 350 Wh, bevorzugt von zumindest 500 Wh und ganz besonders bevorzugt von zumindest 750 Wh auf.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Hochleistungshandwerkzeugmaschinenvorrichtung ein Gesamtgewicht von weniger als 5,5 kg aufweist. Dadurch kann die Hochleistungshandwerkzeugmaschinenvorrichtung vorteilhaft einfach bedienbar und transportierbar ausgebildet sein. Besonders vorteilhaft weist die Hochleistungshandwerkzeugmaschinenvorrichtung ein Gesamtgewicht von weniger als 4,5 kg, besonders vorteilhaft von weniger als 3,5 kg auf.
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Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann erreicht werden, wenn die Hochleistungshandwerkzeugmaschinenvorrichtung eine Winkelschleifeinheit aufweist, die eine Werkzeugträgerwelle umfasst, die zumindest in einem Betriebszustand drehfest mit einem Bearbeitungswerkzeug verbunden ist. Dadurch kann die Hochleistungshandwerkzeugmaschinenvorrichtung vorteilhaft zum Trennen und/oder Schleifen von Werkstücken eingesetzt werden.
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Ferner wird eine Energiespeichereinheit einer Hochleistungshandwerkzeugmaschinenvorrichtung vorgeschlagen.
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Die erfindungsgemäße Hochleistungshandwerkzeugmaschinenvorrichtung soll hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Hochleistungshandwerkzeugmaschinenvorrichtung zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen 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 zwei 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 erfindungsgemäße Hochleistungshandwerkzeugmaschinenvorrichtung in einem Teilschnitt und
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2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Hochleistungshandwerkzeugmaschinenvorrichtung in einem Teilschnitt.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In der 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer Hochleistungshandwerkzeugmaschinenvorrichtung gezeigt. Die Hochleistungshandwerkzeugmaschinenvorrichtung bildet eine tragbare Werkzeugmaschine 24a aus. Genauer gesagt bildet die Hochleistungshandwerkzeugmaschinenvorrichtung eine tragbare Winkelschleifmaschine aus. Die Hochleistungshandwerkzeugmaschinenvorrichtung weist dabei ein Gesamtgewicht von weniger als 4,5 kg auf. Eine Abgabeleistung der Hochleistungshandwerkzeugmaschine beträgt 1700 Watt. Die tragbare Werkzeugmaschine 24a umfasst ein Motorgehäuse 30a, an dem ein Grundgehäuse 32a der Hochleistungshandwerkzeugmaschinenvorrichtung anordenbar ist, sowie eine an dem Motorgehäuse 30a anordenbare Schutzhaubeneinheit 28a. Das Grundgehäuse 32a bildet hierbei einen Haupthandgriff aus. Die Hochleistungshandwerkzeugmaschinenvorrichtung kann weitere, einem Fachmann als sinnvoll erscheinende Elemente aufweisen. Die Elemente können Bedienelemente, insbesondere Modischalter (beispielsweise für einen Ecomodus und/oder einen Boostmodus), Aktionselemente und/oder ein Drehzahlstellrad ausbilden. Weiterhin können die Elemente zur Beleuchtung vorgesehen sein und beispielsweise LED-Ringe und/oder Lichtleiter ausbilden. Ebenso können die Elemente zur passiven und/oder aktiven Kühlung vorgesehen sein. Hierbei können die Elemente beispielsweise Kühlrippen und/oder Lüfter ausbilden. Ebenso können die Elemente eine Funkschnittstelle ausbilden. Weiterhin können die Elemente ein Display, insbesondere ein LCD-Display, ein OLED-Display und/oder ein LED-Display ausbilden.
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Die Hochleistungshandwerkzeugmaschinenvorrichtung weist ferner einen Elektromotor 10a auf, der zu einem Antrieb eines Bearbeitungswerkzeugs 12a vorgesehen ist. Der Elektromotor 10a ist Teil einer Antriebseinheit 38a der Hochleistungshandwerkzeugmaschinenvorrichtung. Der Elektromotor 10a ist als Außenläufer ausgebildet. Der Elektromotor 10a weist hierbei einen ruhenden Stator 40a im Inneren auf. Der Stator 40a ist von einem drehbaren Rotor 42a umschlossen. Der Rotor 42a ist drehfest mit einer Rotorwelle 44a der Antriebseinheit 38a verbunden. Die Hochleistungshandwerkzeugmaschinenvorrichtung weist eine Winkelschleifeinheit 20a auf, die eine Werkzeugträgerwelle 22a umfasst. Die Rotorwelle 44a ist in diesem Ausführungsbeispiel einstückig mit der Werkzeugträgerwelle 22a ausgebildet. Die Hochleistungshandwerkzeugmaschinenvorrichtung weist somit eine Direktantriebseinheit auf. Die Werkzeugträgerwelle 22a erstreckt sich zu einer Verbindung mit dem Bearbeitungswerkzeug 12a zu einer Bearbeitung eines Werkstücks (hier nicht näher dargestellt) aus dem Motorgehäuse 30a heraus.
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Das Bearbeitungswerkzeug 12a ist als Trennscheibe ausgebildet, die auf eine dem Fachmann bereits bekannte Art und Weise an der Werkzeugträgerwelle 22a fixierbar ist. Es ist jedoch auch denkbar, dass das Bearbeitungswerkzeug 12a als Schleif- oder Polierscheibe ausgebildet ist. Die Werkzeugträgerwelle 22a ist drehfest mit dem Bearbeitungswerkzeug 12a verbunden. Das Bearbeitungswerkzeug 12a ist auf eine, dem Fachmann bekannte Weise von der Werkzeugträgerwelle 22a lösbar ausgebildet.
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Des Weiteren weist die tragbare Werkzeugmaschine 24a eine Energieversorgungskopplungseinheit 34a auf. Die Energieversorgungskopplungseinheit 34a ist hierbei als Akkumulatorschnittstelle ausgebildet. Die Hochleistungshandwerkzeugmaschinenvorrichtung umfasst eine Energiespeichereinheit 14a, die zur elektrischen Energieversorgung des Elektromotors 10a vorgesehen ist. Die Energiespeichereinheit 14a bildet einen Akkumulator aus. Die Energiespeichereinheit 14a ist mit der Energieversorgungskopplungseinheit 34a koppelbar. Somit ist die tragbare Werkzeugmaschine 24a in zumindest einem Betriebszustand akkumulatorbetreibbar ausgebildet.
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Die Energiespeichereinheit 14a weist eine Vielzahl an Lithium-Luft-Zellen 16a auf. Es ist in diesem Zusammenhang auch denkbar, dass die Energiespeichereinheit 14a lediglich eine Lithium-Luft-Zelle 16a aufweist. Vorzugsweise sind zumindest einige Lithium-Luft-Zellen 16a miteinander in einer Serienschaltung verbunden. Die Energiespeichereinheit 14a weist vorteilhaft eine Nennspannung zwischen 15 V und 21 V und eine Ladungsmenge von mindestens 18 Ah auf. Alternativ weist die Energiespeichereinheit 14a vorteilhaft eine Nennspannung zwischen 30 V und 58 V und eine Ladungsmenge von mindestens 12 Ah auf. Die Energiespeichereinheit 14a weist eine Massenenergiedichte von mehr als 3000 Wh/kg auf. Die Energiespeichereinheit 14a weist dabei eine Volumenenergiedichte von mehr als 1500 Wh/l auf. Die Energiespeichereinheit 14a weist ferner eine Leistungsdichte von mehr als 1800 W/kg auf. Die Energiespeichereinheit 14a weist dabei eine Energiemenge von mehr als 700 Wh auf. Der Elektromotor 10a weist eine Abgabeleistung von 1700 W auf. Eine Laufzeit des Elektromotors 10a bei maximaler Abgabeleistung beträgt mehr als 20 Minuten. Eine Drehzahl des Bearbeitungswerkzeugs 12a beträgt hierbei zwischen 5500 Umdrehungen pro Minute und 12000 Umdrehungen pro Minute. Die Hochleistungshandwerkzeugmaschinenvorrichtung weist einen Gesamtwirkungsgrad von zumindest 75 % auf.
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Die Lithium-Luft-Zellen 16a weisen jeweils eine positive Elektrode aus mesoporösem Kohlenstoff auf. Die Lithium-Luft-Zellen 16a weisen jeweils eine negative Elektrode aus metallischem Lithium auf. Bei einer Entladung der Lithium-Luft-Zellen 16a werden an den negativen Elektroden, unter Abgabe von Elektronen, positive Lithium-Ionen über ein Elektrolyt an die positive Elektrode abgegeben. Die Lithium-Ionen oxidieren mit Sauerstoff zunächst zu Lithiumoxid und weiter zu Lithiumperoxid. Bei einer Ladung der Energiespeichereinheit 14a wird Sauerstoff an der positiven Elektrode abgegeben. An der negativen Elektrode wird metallisches Lithium abgeschieden. Die positive Elektrode ist am elektrochemischen Prozess nicht direkt beteiligt. Der Kohlenstoff bildet einen elektrischer Leiter und Anschluss aus. Die mesoporöse Struktur ist zur Maximierung einer Oberfläche vorgesehen, um eine Reaktion der Lithium-Ionen mit Sauerstoff im Bereich der positiven Elektrode zu verbessern. Zwischen den beiden Elektroden befindet sich ein Elektrolyt, welcher je nach Ausführungsform in flüssiger Form oder auch fest sein kann.
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In der 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel 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 des anderen Ausführungsbeispiels verwiesen werden kann. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele ist der Buchstabe a den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels in der 1 nachgestellt. In dem Ausführungsbeispiel der 2 ist der Buchstabe a durch den Buchstaben b ersetzt.
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In der 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer Hochleistungshandwerkzeugmaschinenvorrichtung gezeigt. Die Hochleistungshandwerkzeugmaschinenvorrichtung bildet eine tragbare Werkzeugmaschine 24b aus. Genauer gesagt bildet die Hochleistungshandwerkzeugmaschinenvorrichtung eine tragbare Winkelschleifmaschine aus. Die Hochleistungshandwerkzeugmaschinenvorrichtung weist dabei ein Gesamtgewicht von weniger als 5,5 kg auf. Eine Abgabeleistung der Hochleistungshandwerkzeugmaschine beträgt 1400 Watt. Die tragbare Werkzeugmaschine 24b umfasst ein Motorgehäuse 30b, an dem ein Grundgehäuse 32b der Hochleistungshandwerkzeugmaschinenvorrichtung anordenbar ist, sowie eine an dem Motorgehäuse 30b anordenbare Schutzhaubeneinheit 28b. Das Grundgehäuse 32b bildet hierbei einen Haupthandgriff aus.
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Die Hochleistungshandwerkzeugmaschinenvorrichtung weist ferner einen Elektromotor 10b auf, der zu einem Antrieb eines Bearbeitungswerkzeugs 12b vorgesehen ist. Der Elektromotor 10b ist Teil einer Antriebseinheit 38b der Hochleistungshandwerkzeugmaschinenvorrichtung. Der Elektromotor 10b ist als Außenläufer ausgebildet. Der Elektromotor 10b weist hierbei einen ruhenden Stator 40b im Inneren auf. Der Stator 40b ist von einem drehbaren Rotor 42b umschlossen. Der Rotor 42b ist drehfest mit einer Rotorwelle 44b der Antriebseinheit 38b verbunden. Die Hochleistungshandwerkzeugmaschinenvorrichtung weist eine Winkelschleifeinheit 20b auf, die eine Werkzeugträgerwelle 22b umfasst.
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Die Hochleistungshandwerkzeugmaschinenvorrichtung umfasst in diesem Ausführungsbespiel eine Getriebeeinheit 36b. Die Getriebeeinheit 36b bildet ein Riemengetriebe aus. Genauer gesagt bildet die Getriebeeinheit 36b ein Zahnriemengetriebe aus. Die Rotorwelle 44b ist drehfest mit einer Antriebsriemenscheibe 46b der Getriebeeinheit 36b verbunden. Ein Zahnriemen 48b der Getriebeeinheit 36b überträgt eine Antriebskraft auf eine Abtriebsriemenscheibe 26b. Die Abtriebsriemenscheibe 26b ist drehfest mit der Werkzeugträgerwelle 22b verbunden. Die Werkzeugträgerwelle 22b ist in diesem Ausführungsbeispiel axial zur Rotorwelle 44b versetzt angeordnet.
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Das Bearbeitungswerkzeug 12b ist als Trennscheibe ausgebildet, die auf eine, einem Fachmann bereits bekannte Art und Weise an der Werkzeugträgerwelle 22b fixierbar ist. Es ist jedoch auch denkbar, dass das Bearbeitungswerkzeug 12b als Schleif- oder Polierscheibe ausgebildet ist. Die Werkzeugträgerwelle 22b ist drehfest mit dem Bearbeitungswerkzeug 12b verbunden. Das Bearbeitungswerkzeug 12b ist auf eine, dem Fachmann bekannte Weise von der Werkzeugträgerwelle 22b lösbar ausgebildet.
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Des Weiteren weist die tragbare Werkzeugmaschine 24b eine Energieversorgungskopplungseinheit 34b auf. Die Energieversorgungskopplungseinheit 34b ist hierbei als Akkumulatorschnittstelle ausgebildet. Die Hochleistungshandwerkzeugmaschinenvorrichtung umfasst eine Energiespeichereinheit 14b, die zur elektrischen Energieversorgung des Elektromotors 10b vorgesehen ist. Die Energiespeichereinheit 14b bildet einen Akkumulator aus. Die Energiespeichereinheit 14b ist mit der Energieversorgungskopplungseinheit 34b koppelbar. Somit ist die tragbare Werkzeugmaschine 24b akkumulatorbetreibbar ausgebildet.
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Die Energiespeichereinheit 14b weist eine Vielzahl an Lithium-Schwefel-Zellen 18b auf. Es ist in diesem Zusammenhang auch denkbar, dass die Energiespeichereinheit 14b lediglich eine Lithium-Schwefel-Zelle 18b aufweist. Vorzugsweise sind zumindest einige Lithium-Schwefel-Zelle 18b miteinander in einer Serienschaltung verbunden. Die Energiespeichereinheit 14b weist vorteilhaft eine Nennspannung zwischen 15 V und 21 V und eine Ladungsmenge von mindestens 18 Ah auf. Alternativ weist die Energiespeichereinheit 14b vorteilhaft eine Nennspannung zwischen 30 V und 58 V und eine Ladungsmenge von mindestens 12 Ah auf. Die Energiespeichereinheit 14b weist eine Massenenergiedichte von mehr als 350 Wh/kg auf. Die Energiespeichereinheit 14b weist dabei eine Volumenenergiedichte von mehr als 600 Wh/l auf. Die Energiespeichereinheit 14b weist ferner eine Leistungsdichte von mehr als 1800 W/kg auf. Die Energiespeichereinheit 14b weist dabei eine Energiemenge von mehr als 300 Wh auf. Der Elektromotor 10b weist eine Abgabeleistung von 1400 W auf. Eine Laufzeit des Elektromotors 10b bei maximaler Abgabeleistung beträgt mehr als 12 Minuten. Die Hochleistungshandwerkzeugmaschinenvorrichtung weist einen Gesamtwirkungsgrad von zumindest 75 % auf.
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Die Lithium-Schwefel-Zellen 18b weisen jeweils eine positive Elektrode aus Schwefel als Komposit mit Kohlenstoff auf. Die Lithium-Schwefel-Zellen 18b weisen ferner jeweils eine negative Elektrode aus metallischem Lithium auf. Bei einer Entladung wird an der positive Elektrode Lithium aufgelöst. An der negativen Elektrode verbindet sich das Lithium mit Schwefel zu Lithiumsulfid. Während des Ladevorgangs wird das Lithiumsulfid wieder aufgelöst und Schwefel gebildet. An der negativen Elektrode wird dabei wieder metallisches Lithium abgelagert.
