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Die Erfindung betrifft einen Akkupack für ein Elektrowerkzeuggerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Elektrowerkzeuggerät.
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Akkupacks finden zunehmend Verbreitung für den netzunabhängigen Einsatz insbesondere von Elektrohandwerkzeuggeräten.
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Ein gattungsgemäßer Akkupack ist beispielsweise in der internationalen Patentanmeldung
WO2007/033689 (A1) offenbart. Nach der Lehre der genannten Schrift werden einzelne Akkuzellen über aus Blech gebildete Zellenverbinder bzw. Ableiterfahnen mit einander bzw. mit den Kontakten des zugehörigen Akkupacks verbunden, wobei die Verbindung mit denjenigen Kontakten des Akkupacks, welche zur Kontaktierung korrespondierender Kontakte eines Elektrohandwerkzeuges vorgesehen sind, mittels Kabeln bzw. Litzen vorgenommen wird. Eine derartige Kontaktierung ist jedoch im Hinblick auf ihre Hochstromfähigkeit begrenzt, da zur Übertragung höherer Stromstärken Kabelstärken erreicht werden, welche zu vergleichsweise starren und damit schwer montierbaren Kabeln führen.
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Ausgehend von dem genannten Stand der Technik stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, einen Akkupack und ein Elektrowerkzeuggerät anzugeben, in welchem zuverlässig hohe Stromstärken zur Anwendung kommen können und welche mit möglichst geringem Aufwand hergestellt werden können.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Akkupack mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Elektrowerkzeuggerät mit den Merkmalen des Anspruchs 12. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen und Varianten der Erfindung.
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Ein erfindungsgemäßer Akkupack weist mindestens eine Akkuzelle und mindestens einen Kontakt zur Verbindung einer Antriebseinheit eines Elektrowerkzeuges mit der mindestens einen Akkuzelle auf. Dabei steht die mindestens eine Akkuzelle – beispielsweise eine Lithium-Ionen-Akkuzelle – über einen Ableiter mit einem elektrischen Leiter in elektrischer Verbindung mit dem Kontakt, wobei der elektrische Leiter als Stromschiene ausgebildet ist. Unter einer Stromschiene im Sinne der vorliegenden Anmeldung ist ein aus einem leitenden Blech gebildetes, insbesondere gestanztes bzw. gelasertes und gekantetes Bauteil zu verstehen. Die Stromschiene kann ferner aus einem vorgefertigten Halbzeug, beispielsweise aus einem Profil, gebildet sein. Im Unterschied zu den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen handelt es sich also weder um eine gegebenenfalls verdickt ausgebildete Leiterbahn auf einer Leiterplatte oder um eine Litze.
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Die Stromschiene kann insbesondere aus einem Blech mit einer Dicke im Bereich von 0,6 mm–1,0 mm, insbesondere im Bereich von 0,8 mm gebildet sein.
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Dadurch, dass mindestens ein Kontakt zwei voneinander beabstandete Kontaktierungsstreifen aufweist, über welche er mit einer Stromschiene über zwei Kontaktbereiche elektrisch kontaktiert ist, kann eine im Vergleich zum Stand der Technik gleichmäßigere Stromdichteverteilung über den Kontaktquerschnitt hinweg erreicht werden, was im Ergebnis zu einer verbesserten Hochstromfähigkeit des erfindungsgemäßen Akkupacks führt.
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Eine besser Zugänglichkeit der Kontaktbereiche zum Verschweißen während der Produktion kann dadurch erreicht werden, dass die Kontaktbereiche entlang einer Längsachse A des Kontaktes versetzt angeordnet sind. Wenn mindestens ein Kontakt mindestens zwei gegen einander vorgespannte Kontaktfedern aufweist, kann insbesondere die Vibrationssicherheit der elektrischen Verbindung von Akkupack und Werkzeuggerät verbessert werden.
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Insbesondere kann der Akkupack einen als einstückiges Spritzgussteil ausgebildeten Zellenhalter zur Aufnahme aller Zellen eines einreihigen Akkupacks aufweisen, so dass zur Fertigung des Zellenhalters lediglich ein einziges Spritzgusswerkzeug erforderlich ist.
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Die Aufnahme der Akkuzellen im Zellenhalter kann dadurch erfolgen, dass dieses seitlich angeordnete, im Wesentlichen hohlzylindrische Aufnahmemuffen zur Aufnahme von Endabschnitten von Akkuzellen aufweist.
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Dabei können die Aufnahmemuffen auf ihrer der Leiterplatte abgewandten Seite jeweils nach innen zurückgesetzt ausgebildet sein.
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Insbesondere kann der Zellenhalter Rasten zur Aufnahme eines zweiten Zellenhalters zur Realisation eines zweireihigen Akkupacks aufweisen.
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Daneben können im seitlichen Bereich des Zellenhalters Abstandshalter ausgeformt sein, wodurch ein gewisser Mindestabstand der Stirnseiten der Akkuzellen zu einer umgebenden Struktur, insbesondere zur Innenseite eines Gehäuses, sichergestellt werden kann. Auf diese Weise bleibt ein stirnseitig an der Akkuzelle angeordnetes Sicherheitsventil betätigbar.
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In dem erfindungsgemäßen Akkupack können insbesondere im Wesentlichen zylindrische Akkuzellen mit einem Durchmesser von ca. 18–23 mm, insbesondere von 20 mm, und einer Länge von ca. 65 mm–70 mm zur Anwendung kommen.
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Nachfolgend wird eine exemplarische Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigen schematisch:
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1 Eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Akkupacks,
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2 einen ersten Zellenhalter für den erfindungsgemäßen Akkupack; und
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3 einen zweiten Zellenhalter für einen erfindungsgemäßen Akkupack.
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1 zeigt eine exemplarische Ausführungsform der Erfindung. Gut zu erkennen in 1 ist eine auf einem Zellenhalter 1 mittels Schrauben 2 und 3 angeordnete Leiterplatte 4, welche elektrische Anschlüsse und Elektronikkomponenten des erfindungsgemäßen Akkupacks aufnimmt. Mit der Leiterplatte 4 verbunden, im vorliegenden Beispiel über die Kontakte 5 und 6 verschweißt, sind die als erste Stromschiene 7 und zweite Stromschiene 8 ausgebildeten elektrischen Leiter.
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Die Stromschienen 7 und 8 sind dabei aus einem Elektrolytkupferblech der Stärke von ca. 0,8 mm hergestellt; wobei auf dem Kupferblech zum Oxidationsschutz und zur Haftvermittlung eine Nickelschicht aufgebracht ist. Auf der Nickelschicht ist wiederum eine Silberschicht angeordnet, wodurch eine gute Leitfähigkeit und verbesserte Kontaktierbarkeit der Stromschienen 7 und 8 sichergestellt werden kann.
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Eine zusätzliche Befestigung der Stromschienen 7 und 8 an der Leiterplatte 4 wird dadurch gewährleistet, dass die Stromschienen 7 und 8 über Eingriffselemente 71, 81 und 82 verfügen, die in entsprechende Ausnehmungen in der Leiterplatte 4 eingreifen; dabei wird eine mechanische Fixierung der Eingriffselemente 71, 81 und 82 in den Ausnehmungen durch in der Figur nicht dargestellte Lötstellen erreicht. Die Lötstellen dienen dabei vorwiegend der mechanischen Befestigung; eine elektrische Kontaktierung der Lötstellen kann zusätzlich vorgesehen sein, wobei in diesem Fall über die Lötstellen lediglich Signalströme und keine Maschinenströme geführt werden.
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Eine weitere Fixierung der Stromschienen 7 und 8 wird wie bereits oben erwähnt dadurch erreicht, dass diese mit den Kontakten 5 und 6 verschweißt sind, wobei die Kontakte 5 und 6 ihrerseits mit der Leiterplatte 4 mechanisch verbunden sind. Ebenfalls gut erkennbar in 1 ist die Verschraubung der Stromschienen 7 und 8 mit den Ableitern 13 mittels der Schrauben 9, 10 und 11. Die Verschraubung hat dabei den Vorteil, dass einerseits auf diese Weise eine Beschleunigung der Herstellung der erfindungsgemäßen Akkupacks erreicht werden kann, und sich anderseits die Möglichkeit eröffnet, wie im unteren Teil der 1 gezeigt, eine Standardsicherung 12 in den Stromweg zwischen Ableiter 13 und Stromschiene 8 zu integrieren; bei der Sicherung 12 kann es sich insbesondere um eine aus dem Automotivebereich bereits bekannte sogenannte Slow-Blow-Fuse handeln.
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Die Ableiter 13 sowie die in der Figur ebenfalls erkennbaren Zellverbinder 14 sind im vorliegenden Beispiel aus einer Kupferlegierung mit einer elektrischen Leitfähigkeit von mindestens 30% IACS hergestellt, insbesondere aus einem entsprechenden Blech ausgestanzt und nachfolgend in die gewünschte Form gekantet.
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Aus der 1 wird deutlich, dass nach der Lehre der vorliegenden Erfindung der Maschinenstrom, also der zum Betrieben der jeweiligen Antriebseinheit des zugehörigen Elektrowerkzeuges erforderliche Strom, nicht über die Leiterplatte 4, sondern über mechanisch robuste, separate Elemente mit einem vergleichsweise großen Querschnitt geführt wird. Dadurch wird einerseits eine verbesserte Hochstromfähigkeit des erfindungsgemäßen Akkupacks sichergestellt. Weiterhin erlaubt die mechanisch stabile Ausführung der stromführenden Elemente, insbesondere der Stromschienen 7 und 8, eine erleichterte Montage der erfindungsgemäßen Akkupacks in der Produktion. Im Unterschied zur Verwendung beispielsweise von Litzen ist auch eine verbesserte mechanische Haltbarkeit der elektrischen Verbindungen insbesondere unter langanhaltender Vibrationsbeanspruchung gegeben, insbesondere deswegen, weil es aufgrund der steifen Ausführung der Stromschienen 7 und 8 nicht zu einen ständigen Biegebeanspruchung elektrischer oder mechanischer Verbindungen beispielsweise während des Betriebes eines zugehörigen Bohrhammers kommt.
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Ebenfalls gut erkennbar in 1 ist die doppelte Kontaktierung der Stromschienen 7 und 8 mit den Kontakten 5 und 6 an den jeweiligen Kontaktbereichen 51 und 52 bzw. 61 und 62 an zwei voneinander beabstandeten Kontaktierungsstreifen 53 und 54 bzw. 63 und 64. Diese Art der Kontaktierung hat zur Folge, dass sich die Stromdichte gleichmäßiger über die Kontakte 5 und 6 und damit über die Kontaktfedern 55 und 65 verteilt und damit Hotspots im Bereich der Kontakte 5 und 6 und der Kontaktfedern 55 und 65 vermieden werden. Ebenfalls gut erkennbar in 1 ist die entlang der Längsachse A des Kontakts und auch in der Höhe über der Leiterplatte 4 versetzte Anordnung der Kontaktbereiche 51 und 52 bzw. 61 und 62. Diese Anordnung hat zur Folge, dass ein Verschweißen der Kontakte 5 und 6 mit den Stromschienen 7 und 8 erleichtert wird, da die zu verschweißenden Bereiche für die verwendeten Widerstandsschweißelektroden gut zugänglich sind.
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Die Kontaktfedern 55 bzw. 65 der Kontakte 5 und 6 sind dabei mit einer gewissen Vorspannung gegeneinander verspannt; das heißt jeweils gegenüberliegende Kontaktfedern liegen in abgenommenem Zustand des Akkupacks mit einer gewissen Federkraft aneinander an. Dies kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass während der Produktion der Kontakte 5 und 6 zunächst ein Kontakt hergestellt wird, dessen Kontaktfedern ohne äußere Krafteinwirkung um ein bestimmtes Maß, typischerweise um ca. 0,2 mm, voneinander beabstandet sind. Nach einer Versilberung der Kontaktfedern werden dann mittels eines Werkzeugs jeweils gegenüberliegende Kontaktfedern aneinandergedrückt und auf diese Weise gegeneinander vorgespannt. Durch die auf diese Weise erhöhte Federkraft der Kontaktfedern wird die Kontaktierung der korrespondierenden, insbesondere geräteseitigen Anschlüsse verbessert und eine höhere Toleranz gegenüber Gerätevibrationen wird erreicht. In vorteilhafter Weise ist unter der äußeren Silberschicht der Kontakte 5 und 6 eine Nickelschicht angeordnet. Diese Materialkombination hat zur Folge, dass einerseits die Nickelschicht beim Aufschieben der Kontakte auf korrespondierende Kontakte des zugehörigen Elektrowerkzeuges eine schmierende Wirkung zeigt und andererseits durch die Silberschicht die Niederohmigkeit der Verbindung sichergestellt wird. Damit kann eine verbesserte Haltbarkeit der Kontakte über mehrere Tausend Aufsteck- und Trennzyklen hinweg erreicht werden.
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Um die Hochstromfähigkeit der Kontakte 5 und 6 sicher zu stellen, sind diese aus einem Blech mit einer gegenüber dem Stand der Technik erhöhten Dicke, insbesondere mit einer Dicke im Bereich von ca. 0,7 mm–ca. 0,9 mm, insbesondere mit einer Dicke Von ca. 0,8 mm hergestellt.
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Weiterhin gut erkennbar in 1 sind die Kühlschlitze 18 in der Leiterplatte 4 sowie die vordere Abdeckung 15 mit dem Taster 151 sowie den Lichtleitern 152 für die Ladezustandsanzeige. Ebenfalls dargestellt sind die in Ausnehmungen im Zellenhalter 1 angeordneten Akkuzellen 16.
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2 zeigt in einer perspektivischen Ansicht den Zellenhalter 1, der im vorliegenden Beispiel als einstückiges Spritzgussteil zur Aufnahme von fünf Zellen ausgebildet ist. Auf der Oberseite des Zellenhalters sind sechseckige Ausnehmungen 101, 102 und 103 zur Aufnahme von in der Figur nicht dargestellten Muttern zu erkennen, in welche die in 1 gezeigten Schrauben 9, 10 und 11, mit welchen die Stromschienen 7 und 8 auf der Leiterplatte 4 befestigt werden, eingedreht werden können. Ebenfalls erkennbar in 2 sind zwei Schraubdome 104 und 105, in welche zur Befestigung der Leiterplatte 4 auf dem Zellenhalter 1 die in der 1 gezeigten Schrauben 2 und 3 eindrehbar sind.
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Der erfindungsgemäße Zellenhalter 1 zeigt seitlich angeordnete, im Wesentlichen hohlzylindrische Aufnahmemuffen 107 zur Aufnahme der jeweiligen Endabschnitte der zylindrisch ausgebildeten, in der 2 nicht dargestellten Akkuzellen. Dabei sind die Aufnahmemuffen 107 auf ihrer der Leiterplatte 4 abgewandten Seite jeweils nach innen zurückgesetzt ausgebildet, so dass in dem Zellenhalter 1 angeordnete Akkuzellen in diesem Bereich durch zusätzliche, in der Figur nicht gezeigte Elemente axial gelagert werden können. Weiterhin sind im seitlichen Bereich des Zellenhalters 1 Abstands- und Verbinderklemmhalter 108 ausgeformt, welche dazu dienen, einen Mindestabstand eines auf der jeweiligen Akkuzelle stirnseitig angeordneten Ventils zu einem Akkugehäuse zu gewährleisten, um ggf. die Betätigung des Ventils sicher zu stellen und um die Ableiter 13 und Zellenverbinder 14 zur erleichterten Montage und Ausrichtung vor dem Schweißen festzuklemmen. Im unteren Bereich des in der Figur gezeigten Zellenhalters 1 sind Rasten 106 erkennbar, mittels welcher ein zweiter Zellenhalter befestigt werden kann, so dass sich mit geringem Aufwand ein zweireihiger Akkupack realisieren lässt.
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Ein derartiger zweiter Zellenhalter 20 ist in 3 gezeigt. Er korrespondiert in seinem Aufbau weitgehend dem in 2 dargestellten Zellenhalter 1 mit dem Unterschied, dass er keine Elemente zur Aufnahme bzw. Befestigung einer Leiterplatte aufweist. Mittels der Rasten 201 kann er an den korrespondierenden Rasten des in 2 gezeigten Zellenhalters befestigt werden.
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Die in den 2 und 3 gezeigten Ausführungsformen gestatten somit eine einfache, modulare Auslegung eines erfindungsgemäßen Akkupacks in ein- oder zweireihiger Ausführung bei minimalem Einsatz von Spritzgusswerkzeugen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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