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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Akkupack für eine Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 1 und ein Verfahren zur Herstellung einer stromleitenden Verbindung, vorzugsweise eines Zellverbinders eines Akkupacks für eine Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 11.
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Elektrische Handwerkzeugmaschinen, wie zum Beispiel Schlagschrauber, Bohrmaschinen, Winkelschleifer, Stichsägen, Kreissägen oder Hobelmaschinen für den Handwerker- oder Heimwerkerbedarf weisen als Antriebsmotor gewöhnlich entweder einen Wechselstrommotor oder einen Gleichstrommotor auf. Während der erstere in der Regel über ein Netzkabel mit Wechselstrom aus dem Netz gespeist wird, stammt die elektrische Energie zur Versorgung des Gleichstrommotors in der Regel aus einem sogenannten Akkupack, einem wiederaufladbaren Akkumulator in einem mit dem Gehäuse der Handwerkzeugmaschine kuppelbaren Gehäuse, der beim Kuppeln der beiden Gehäuse elektrisch an die Stromzufuhrleitungen des Gleichstrommotors angeschlossen wird.
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Derartige Akkupacks sind grundsätzlich bekannt und weisen wiederaufladbare Akkumulatoren, in der Regel eine Mehrzahl von in Parallel- und/oder Reihenschaltung verbundener Akkuzellen auf. Im Zuge dieser Anmeldung ist unter einem Akkupack somit ein vorzugsweise aus mehreren elektrisch zusammengeschalteten Akkuzellen bestehendes Akkumulatorenpaket zu verstehen, das elektrische Energie speichern kann, die für den Betrieb der Handwerkzeugmaschine notwendige Energie liefert und austauschbar in einer Kammer, einer Schnittstelle oder dergleichen der Handwerkzeugmaschine aufgenommen ist. Das Koppeln des Akkupacks mit der Handwerkzeugmaschine erfolgt durch Einstecken beziehungsweise Einschieben des Akkupacks in eine komplementäre Einsteckbuchse des Gerätegehäuses, wobei der Akkupack mit dem Gerätegehäuse der Handwerkzeugmaschine derart zusammenwirkt, dass beim Koppeln des Akkupackmit dem Gerätegehäuse das Elektrowerkzeug elektrisch mit dem Akkupack verbunden und mechanisch verriegelt wird. Die elektrische Kontaktierung erfolgt zumeist im Bereich der Verriegelungsvorrichtung.
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In der Regel ist vorgesehen, die Akkuzellen bzw. Akkuzellenblöcke untereinander in Reihe zu schalten. Dabei werden für die Reihenschaltung zum Teil sogenannte Leiterbleche als Zellverbinder verwendet, die die jeweiligen komplementären Pole einer Akkuzelle miteinander verbinden. Die Zellverbinder werden üblicherweise durch einen Schweiß- oder Lötprozess an den Polen der Akkuzellen befestigt, wobei bevorzugterweise das Widerstandsschweißen, insbesondere das Widerstandspunktschweißen zum Einsatz kommt. Bei der Herstellung der Zellverbinder werden bevorzugterweise Materialien wie Nickel- oder Kupferlegierungen sowie Stahl verwendet.
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Beim Widerstandspunktschweißen werden die Fügepartner in einem Überlappstoß angeordnet und in einem örtlich begrenzten Bereich mit einem Schweißstrom beaufschlagt, wobei die hiermit einhergehende Joule´sche Erwärmung ein Aufschmelzen der Fügeteile im Bereich einer sogenannten Schweißlinse verursacht. Beim Erstarren der Schmelze bleibt eine punktförmige, stoffschlüssige Verbindung zwischen den Fügepartnern zurück.
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Der Schweißstrom fließt zwischen zwei in der Regel stabförmigen Elektroden, die so an den Fügepartnern angeordnet werden, dass der Schweißstrom in der Fügefuge zwischen den Fügepartnern übertragen wird. Dabei wird der Prozess so ausgelegt, dass im Bereich der Fügefuge der größte elektrische Widerstand auftritt und somit die größte Erwärmung stattfindet. Auf diese Weise wird erreicht, dass die Fügepartner zuerst im Bereich der Fügefuge bzw. der Schweißlinse aufschmelzen.
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Der Prozess kann umso besser geregelt werden, je eindeutiger der größte Widerstand, der entlang des Weges, den der Strom durch die Fügepartner zurücklegt, im Bereich der Schweißlinse liegt, und je konzentrierter diese Stelle von Strom durchflossen wird. Unerwünschte Effekte, die einer effizienten Prozessregelung entgegenstehen, resultieren beispielsweise aus dem zwischen den Elektroden und den Fügepartnern herrschenden Übergangswiderstand sowie aus dem sogenannten parasitären Nebenschluss, der zwischen den Elektroden durch die Fügepartner, jedoch nicht durch die Schweißlinse hindurch fließt. Dieser Anteil des Stroms wirkt nicht an der Joule´schen Erwärmung der Schweißlinse mit, ist in diesem Sinne also für den Schweißprozess verloren, und kann schlimmstenfalls zu Schäden an unvorhergesehenen Stellen führen.
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Bei der Befestigung eines Zellverbinders an einem Pol einer Akkuzellen wird im Allgemeinen so vorgegangen, dass beide Elektroden an den Zellverbinder angelegt werden, der wiederum den betreffenden Pol der Akkuzelle kontaktiert. Damit ein ausreichend hoher Anteil des Stroms durch die Fügefuge zwischen Zellverbinder und Akkupol fließt und nicht der gesamte Schweißstrom im Nebenschluss durch den Zellverbinder verloren geht, müssen die Leitfähigkeit des Zellverbinders einerseits und der Übergangswiderstand zwischen Zellverbinder und Pol der Akkuzelle andererseits aufeinander abgestimmt werden. Dabei erweist es sich als problematisch, dass der Zellverbinder im eingebauten Zustand zwischen den Akkuzellen eine möglichst gute Leitfähigkeit aufweisen soll, da dies dafür sorgt, dass der parasitäre Nebenschluss im Verhältnis zum nutzbaren Schweißstrom groß wird. Ein für die Anwendung im Akkupack angestrebter Zellverbinder mit möglichst geringem elektrischem Widerstand steht somit im Allgemeinen einem effizienten und stabilen Widerstandspunktschweißprozess entgegen.
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Offenbarung der Erfindung
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Eine erste Aufgabe der Erfindung ist es, die oben genannten Nachteile zu umgehen und einen Akkupack für eine Handwerkzeugmaschine bereitzustellen, wobei der Akkupack zumindest zwei Akkuzellen umfasst, die über zumindest einen Zellverbinder elektrisch miteinander verbunden sind, wobei der Zellverbinder eine hohe Leitfähigkeit aufweist und über zuverlässige Schweißverbindungen mit den Polen der Akkuzellen verbunden ist.
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Eine zweite Aufgabe der Erfindung ist es, die oben genannten Nachteile zu umgehen und ein Verfahren zur Verschweißung eines Zellverbinders an einem Pol einer Akkuzelle, die in einem Zellenhalter eines Akkupacks für eine Handwerkzeugmaschine angeordnet ist, bereitzustellen, wobei der Zellverbinder eine hohe Leitfähigkeit aufweist, der Schweißprozess gut kontrollierbar ist, und welches dabei möglichst flexibel einsetzbar, kostengünstig und einfach durchzuführen ist.
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Diese Aufgaben werden durch einen Akkupack gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zur Herstellung eines Akkupacks für eine Handwerkzeugmaschine gemäß Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Varianten und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Akkupack für eine Handwerkzeugmaschine ein Akkupackgehäuse zur Aufnahme wenigstens zweier Akkuzellen und wenigstens einen Zellverbinder aufweist, wobei über den Zellverbinder die Akkuzellen in Parallel- und/oder Reihenschaltung verbindbar sind, und wobei der Zellverbinder mit einem Pol der ersten Akkuzelle und mit einem Pol der zweiten Akkuzelle über ein Schweißverfahren verbunden ist. Der Zellverbinder weist in einem nicht geschweißten Bereich zwischen den Akkuzellen wenigstens zwei sich zumindest teilweise überlappende stromführende Querschnittsbereiche auf.
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In einer bevorzugten Ausführungsform liegen die zumindest zwei Querschnittsbereiche in Form von wenigstens zwei separaten Stromleitern vor, die an ihren jeweiligen Endbereichen mit den jeweiligen Polen der Akkuzellen durch Schweißen verbunden sind, wobei je Endbereich und Pol ein zugeordneter Schweißprozess durchgeführt wird.
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Auf diese Weise steht für die Stromübertragung in Summe ein großer wirksamer Leiterquerschnitt des Zellverbinders zur Verfügung, wodurch der für den Betrieb des Akkupacks geforderte geringe Leiterwiderstand des Zellverbinders realisiert werden kann. Bei den einzelnen Schweißvorgängen, die nur an den jeweiligen einzelnen Teilquerschnitten, d.h. an den separaten Stromleitern durchgeführt werden, ist hingegen der Widerstand im parasitären Nebenschluss relativ hoch, sodass ein großer Teil des Schweißstromes tatsächlich für das Aufschmelzen der Schweißlinse zur Verfügung steht, was eine gute Kontrollierbarkeit des Prozesses und eine hohe Qualität der Verbindung erlaubt.
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In einer alternativen Ausführungsform sind die separaten Stromleiter übereinander liegend in Form eines Stapels angeordnet, wobei der jeweilige zugeordnete Schweißprozess die jeweiligen Stromleiter je nach Lage der Stromleiter im Stapel entweder mit dem jeweiligen Pol der jeweiligen Akkuzelle oder mit dem im Stapel benachbart liegenden Stromleiter verbindet.
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Bei dieser Ausführungsform kommt zu den oben geschilderten Vorteilen hinsichtlich des Verhältnisses der elektrischen Leitfähigkeit des Zellverbinders beim Herstellen der Verbindung sowie im eingebauten Zustand vorteilhaft hinzu, dass durch die Anordnung der Einzelleiter im Stapel der zur Verfügung stehende Bauraum sehr gut ausgenutzt wird.
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In einer weiteren alternativen Ausführungsform sind die separaten Stromleiter nebeneinander angeordnet, wobei der jeweilige zugeordnete Schweißprozess die jeweiligen Stromleiter mit dem jeweiligen Pol der jeweiligen Akkuzelle verbindet.
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In wiederum einer weiteren alternativen Ausführungsform ist der Zellverbinder ein zusammenhängender Stromleiter, der durch Umbiegen an zumindest einer Biegestelle zwischen den Polen der Akkuzellen hin- und her geführt ist und so eine Stapelstruktur bildet. Dies kann fertigungstechnisch von Vorteil sein, wenn auf diese Weise Arbeitsschritte zur Vereinzelung mehrerer Stromleiter eingespart werden können.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Variante mit zusammenhängendem Stromleiter ist ein erster Endbereich des Stromleiters mit dem Pol der ersten Akkuzelle durch einen separaten zugeordneten Schweißprozess verbunden; wobei je Biegestelle ein der Biegestelle zugeordneter erster Bereich vor der Biegestelle je nach Lage der Biegestelle in der Stapelstruktur entweder mit einem in der Stapelstruktur unter dem ersten Bereich liegenden Teil des Stromleiters oder mit dem Pol der zweiten Akkuzelle durch einen separaten zugeordneten Schweißprozess verbunden ist, und wobei ein der Biegestelle zugeordneter zweiter Bereich hinter der Biegestelle durch einen separaten zugeordneten Schweißprozess mit dem ersten Bereich verbunden ist; und wobei ein zweiter Endbereich des Stromleiters mit dem in der Stapelstruktur unter dem zweiten Endbereich liegenden Bereich des Stromleiters durch einen separaten zugeordneten Schweißprozess verbunden ist.
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In einer alternativen Ausführungsform sind die überlappenden Querschnittsbereiche durch einen Querschnittsteil, der einen Biegeradius aufweist, miteinander verbunden, wobei der Winkel α, den der Biegeradius überstreicht, zwischen 170° und 190°, vorzugsweise 180° beträgt. Derart kann ein zusammenhängender, einfach zu handhabender Leiter verwendet werden, der jedoch hinsichtlich der Leitfähigkeit dieselben Vorteile bietet wie oben beschrieben.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform befinden sich zwei erste Endabschnitte an dem ersten Querschnittsbereich und sind mit jeweils einem Pol einer Akkuzelle durch Schweißen verbunden, wobei zwei Endabschnitte, die sich an dem zweiten Querschnittsbereich befinden, durch Schweißen mit jeweils einem der ersten Endabschnitte verbunden sind.
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Bevorzugterweise weisen zumindest die Bereiche des Zellverbinders, bei denen eine Schweißung vorgenommen wird, schlitzartige Ausnehmungen auf, welche dazu dienen, einen elektrischen Nebenschluss der Elektroden des Schweißens zu reduzieren. Durch Anlegen der Elektroden auf unterschiedlichen Seiten der schlitzartigen Ausnehmung kann so der Weg vergrößert werden, den der Strom im Nebenschluss zurücklegen muss, was zu einer Konzentration des Schweißstroms in der Schweißlinse führt.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass es sich bei dem Schweißprozess um einen Widerstandspunktschweißprozess handelt. Die Erfindung ist jedoch auch mit anderen Schweißprozessen durchführbar, etwa mit einem Rollnahtschweißprozess.
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Desweiteren wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines Akkupacks für eine Handwerkzeugmaschine gelöst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass bei dem Verfahren zur Herstellung einer stromleitenden Verbindung, vorzugsweise eines Zellverbinders zwischen zwei Akkuzellen eines Akkupacks für eine Handwerkzeugmaschine die folgenden Verfahrensschritte umfasst:
- A) Bereitstellen eines ersten Stromleiters Verbinden eines ersten Endbereiches des Stromleiters mit einem ersten Pol einer ersten Akkuzelle durch ein Schweißverfahren,
- C) Verbinden eines zweiten Endbereiches des Stromleiters mit einem zweiten Pol einer zweiten Akkuzelle durch ein Schweißverfahren,
- D) Bereitstellen eines zweiten Stromleiters und Anordnen des zweiten Stromleiters an dem ersten Stromleiter Verbinden eines ersten Endbereiches des zweiten Stromleiters mit dem ersten Endbereiches des ersten Stromleiters durch ein Schweißverfahren,
- F) Verbinden eines zweiten Endbereiches des zweiten Stromleiters mit dem zweiten Endbereiches des ersten Stromleiters durch ein Schweißverfahren.
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Bevorzugterweise werden weitere Stromleiter gemäß der Verfahrensschritte D bis F in der Stapelstruktur angeordnet und mit dem jeweils darunterliegenden Stromleiter verbunden.
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Desweiteren wird die Aufgabe durch ein alternatives Verfahren zur Herstellung eines Akkupacks für eine Handwerkzeugmaschine gelöst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass dieses Verfahren die folgenden Verfahrensschritte umfasst:
- A) Bereitstellen eines Stromleiters Verbinden eines ersten Endbereiches des Stromleiters mit einem ersten Pol einer ersten Akkuzelle durch ein Schweißverfahren,
- C) Verbinden eines Abschnittes des Stromleiters mit einem zweiten Pol einer zweiten Akkuzelle durch ein Schweißverfahren,
- D) Rückführen eines zweiten Endbereiches des Stromleiters zum ersten Endbereich des Stromleiters und Verbinden des zweiten Endbereiches des Stromleiters mit dem ersten Endbereich des Stromleiters durch ein Schweißverfahren.
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Ferner wird die Aufgabe durch ein alternatives Verfahren zur Herstellung eines Akkupacks für eine Handwerkzeugmaschine gelöst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass dieses Verfahren die folgenden Verfahrensschritte umfasst:
- A) Bereitstellen eines Stromleiters Verbinden eines ersten Endbereiches des Stromleiters mit einem ersten Pol einer ersten Akkuzelle durch ein Schweißverfahren,
- C) Verbinden eines zweiten Endbereiches des Stromleiters mit einem zweiten Pol einer zweiten Akkuzelle durch ein Schweißverfahren,
- D) Umbiegen eines freien Bereichs des Stromleiters entlang einer Achse x, wobei die Achse x parallel zu einer Verbindungsachse z zwischen den Polen der ersten Akkuzelle und der zweiten Akkuzelle verläuft, wobei der Winkel α, den ein Biegeradius der Umbiegung überstreicht, zwischen 170° und 190°, vorzugsweise 180° beträgt,
- E) Verbinden des freien Bereichs mit den Bereichen des Stromleiters verbunden sind, durch Schweißen.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass es sich bei dem genannten Schweißverfahren um ein Widerstandspunktschweißverfahren handelt.
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Grundsätzlich können als Akkuzellen insbesondere Lithiumionenzellen verwendet werden, da es insbesondere bei Lithiumionenzellen möglich ist, mehrere Akkuzellen zu Akkuzellenblöcken zusammenzufassen, in denen mehrere Akkuzellen in einer Parallelschaltung verbunden sind. Dabei ist es besonders vorteilhaft, dass der Zellenhalter Akkuzellen mit verschiedenen Durchmessern und Längen aufnehmen kann, wodurch die Anwendung des Zellenhalters bzw. des Zellenträger in unterschiedlichen Akkupacks erreicht werden kann.
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Generell werden unter einer Handwerkzeugmaschineim Rahmen der Anmeldung sämtliche Handwerkzeugmaschinen mit einem in Rotation oder Translation versetzbaren Werkzeugträger, der direkt, über ein Getriebe oder über ein Planetengetriebe von einem Antriebsmotor antreibbar ist, wie beispielsweise Stabschrauber, Akku-Bohrer, Schlagbohrmaschinen, Multifunktionswerkzeuge, Sägen, Scheren, Schleifer und/ oder Bohrschrauber verstanden. Als Übertragung elektrischer Energie soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass die Handwerkzeugmaschine über den Akkupack mit Energie versorgt wird.
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Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung, welche in den Figuren dargestellt sind. Dabei ist zu beachten, dass die dargestellten Merkmale nur einen beschreibenden Charakter haben und auch in Kombination mit Merkmalen anderer oben beschriebener Weiterentwicklungen verwendet werden können und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken.
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Zeichnungen
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei für gleiche Merkmale gleiche Bezugszeichen verwendet werden. Die Zeichnungen sind schematisch und zeigen:
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1 beispielhaft eine Ansicht einer Handwerkzeugmaschine mit einem erfindungsgemäßen Akkupack;
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2 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen Akkupacks;
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3 einen Zellverbinder zwischen den Polen zweier Akkuzellen, wobei der Zellverbinder gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aus Einzelleitern besteht, die übereinander liegend in Form eines Stapels angeordnet sind;
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4 eine perspektivische Ansicht eines Zellverbinders zwischen den Polen zweier Akkuzellen, wobei der Zellverbinder gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zwischen den Polen hin- und hergeführt ist;
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5 eine perspektivische Ansicht eines Zellverbinders zwischen den Polen zweier Akkuzellen, wobei der Zellverbinder gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem Bereich zwischen den Polen überlappende Querschnittsbereiche aufweist, die durch einen Querschnittsteil, der einen Biegeradius aufweist, miteinander verbunden sind; und
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6 einen Zellverbinder zwischen den Polen zweier Akkuzellen, wobei der Zellverbinder gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aus zwei nebeneinander angeordneten Einzelleitern besteht.
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Die 1 zeigt ein als Handwerkzeugmaschine 300 ausgebildetes Elektrogerät. Gemäß der dargestellten Ausführungsform ist die Handwerkzeugmaschine 300 zur netzunabhängigen Stromversorgung mechanisch und elektrisch mit dem Akkupack 100 verbindbar. In 1 ist die Handwerkzeugmaschine 300 beispielhaft als Akku-Bohrschrauber ausgebildet. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf Akku-Bohrschrauber beschränkt ist, sondern vielmehr bei unterschiedlichen Handwerkzeugmaschinen 300 Anwendung finden kann, welche mit einem Akkupack 100 betrieben werden. Die Handwerkzeugmaschine 300 weist einen Grundkörper 305, an welchem eine Werkzeugaufnahme 320 befestigt ist, sowie einen Handgriff 315 mit einer Schnittstelle 380 auf, an welchem eine korrespondierende Schnittstelle 180 eines erfindungsgemäßen Akkupacks 100, hier in verriegelter Stellung angeordnet ist. Der Akkupack 100 ist als Schiebeakkupack ausgebildet.
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Beim Anbringen des Akkupacks 100 an der Handwerkzeugmaschine 300 werden an der Handwerkzeugmaschine 300 vorgesehene Aufnahmemittel, z. B. Führungsnuten und Führungsrippen mit korrespondierenden Führungselementen 110 des Akkupacks 100 in Eingriff gebracht, wobei der Akkupack 100 in einer Schieberichtung y entlang der Aufnahmemittel des Handgriffs 315 eingeführt wird, und wobei der Akkupack 100 entlang einer unteren, im Wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung des Handgriffs 315 ausgerichteten Außenfläche 316 des Handgriffs 315 in die Akkupackaufnahme einer Handwerkzeugmaschine 300 geschoben wird. In der in der 1 gezeigten Position ist der Akkupack 100 an dem Handgriff 315 der Handwerkzeugmaschine 300 befestigt und durch Verriegelungsmittel verriegelt. Die Verriegelungsmittel umfassen unter anderem ein Verriegelungselement und ein Betätigungselement 220. Durch Betätigung des Betätigungsmittels 220 kann der Akkupack 100 von dem Handgriff 315 der Handwerkzeugmaschine 300 gelöst werden.
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2 zeigt einen Akkupack 100 für eine Handwerkzeugmaschine 300 in der Explosionsdarstellung. Dieser weist ein Gehäuse 110 aus einer ersten Gehäusekomponente 120 und einer zweiten Gehäusekomponente 130 auf, wobei das Gehäuse zwischen der ersten Gehäusekomponente 120 und der zweiten Gehäusekomponente 130 zumindest eine, vorzugsweise und hier dargestellt eine Mehrzahl parallel oder seriell verschaltete Akkuzellen 400 aufnimmt. Die Akkuzellen 400 werden bevorzugterweise entweder mittels eines dargestellten Zellenhalters 600 oder mittels Papphülsen zur Isolation der Akkuzellen 400 untereinander zwischen den beiden Gehäusekomponenten 120, 130 positioniert. Der Akkupack 100 ist in der dargestellten Ausführungsvariante als Schiebeakkupack ausgebildet.
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Zum lösbaren Anbringen des Akkupacks 100 an einer Handwerkzeugmaschine 300 oder an einem Ladegerät weist der Akkupack 100 eine Schnittstelle 180 zur lösbaren mechanischen und elektrischen Verbindung mit einer korrespondierenden Schnittstelle 380 der Handwerkzeugmaschine 300 oder einer korrespondierende Schnittstelle des Ladegerätes auf. Beim Anbringen des Akkupacks 100 werden Aufnahmemittel, z. B. Führungsnuten und Führungsrippen, der Handwerkzeugmaschine 300 oder des Ladegerätes zur Aufnahme der korrespondierenden Führungselemente des Akkupacks 100 mit diesen in Eingriff gebracht, wobei der Akkupack 100 in einer Kontaktierungsrichtung y entlang der Aufnahmemittel eingeführt und die Schnittstelle 180 des Akkupacks 100 in die korrespondierende Schnittstelle 380 der Handwerkzeugmaschine 300 oder die korrespondierende Schnittstelle des Ladegerätes geschoben wird. Über die Schnittstellen 180, 380 kann der Akkupack 100 der Handwerkzeugmaschine 300 und/oder dem Ladegerät zugeordnet werden.
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Zum Verriegeln des Akkupacks 100 am Handgriff 315 wird der Akkupack 100 in einer Schieberichtung y entlang des Handgriffs 315 geschoben, und zwar entlang einer unteren, im Wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung des Handgriffs 315 ausgerichteten Außenfläche des Handgriffs 315. In der in der 1 gezeigten Position ist der Akkupack 100 durch Verriegelungsmittel 200 am Handgriff 315 verriegelt. Die Verriegelungsmittel 200 umfassen unter anderem ein nur schematisch angedeutetes Verriegelungselement 210 und ein Betätigungselement 220. Durch Betätigung des Betätigungsmittels 220 kann der Akkupack 100 von dem Handgriff 315 der Handwerkzeugmaschine 300 gelöst werden. Nach Entriegelung des Akkupacks 100 kann dieser vom Handgriff 315 getrennt werden, und zwar durch ein Schieben des Akkupacks 100 entgegen der Schieberichtung y entlang einer unteren Fläche des Handgriffs 315. Beim Anbringen des Akkupacks 100 an einer Handwerkzeugmaschine 300 wird das Verriegelungselement 210 in Eingriff mit einer nicht näher gezeigten korrespondierenden Aufnahme im Handgriff 315 der Handwerkzeugmaschine 300 gebracht.
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Die Schnittstelle 180 außerdem Kontaktelemente 140 zur elektrischen Kontaktierung des Akkupacks 100 mit der Handwerkzeugmaschine 300 oder dem Ladegerät. Die Kontaktelemente 143 sind als Spannungskontaktelemente ausgebildet und dienen als Lade- und/oder Entladekontaktelemente. Die Kontaktelemente 144 sind als Signalkontaktelemente ausgebildet und dienen der Signalübertragung vom Akkupack 100 zu der Handwerkzeugmaschine 300 oder dem Ladegerät und/oder von der Handwerkzeugmaschine 300 oder dem Ladegerät zum Akkupack 100.
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Ferner ist zu erkennen, dass das Akkupackgehäuse 110 einen Zellenhalter 600 mit einer Mehrzahl in einer Reihenschaltung verschalteter Akkuzellen 400 aufweist, wobei die zweite Gehäusekomponente 130 den Zellenhalter 600 unmittelbar ausbildet. Die Verbindung der Akkuzellen untereinander wird über Zellverbinder 500 realisiert. Ferner ist zu erkennen, dass die einzelnen Akkuzellen 400 zur mechanischen Fixierung in dem Zellenhalter 600 beabstandet voneinander aufgenommen sind. Der Zellenhalter 600 dient neben der Fixierung der Akkuzellen 400 in dem Akkupackgehäuse 120, 130 auch der Kühlung der Akkuzellen 400 und besteht aus einem wärmeleitfähigen Material, beispielsweise Aluminium oder einem Kunststoff. Desweiteren weist der Zellenhalter 600 hülsenartige Isolierwandungen 620 auf, so dass die einzelnen Akkuzellen 400 separiert werden und eine elektrische Isolierung der einzelnen Akkuzellen 400 voneinander gewährleistet werden kann. Der Wärmeübergangswiderstand zwischen den benachbarten Akkuzellen 400 sowie zwischen den Akkuzellen 400 und dem Zellenhalter 600 ist dabei möglichst gering, so dass die von den Akkuzellen 400 erzeugte Verlustwärme gut nach außen abgeführt und eine Überhitzung des Akkupacks im Inneren verhindert werden kann. An der Oberfläche des Zellenhalters 600 ist innerhalb des Akkupackgehäuses 120, 130 eine Leiterplatine 810 einer Akkupackelektronik befestigt. Ferner umfasst die Akkupackelektronik die Kontaktelemente 140 zur Herstellung der elektrischen und mechanischen Verbindung zwischen dem Akkupack 100 und der Handwerkzeugmaschine 300 bzw. zwischen dem Akkupack 100 und dem Ladegerät. Die Verbindung zwischen der Akkupackelektronik und dem Zellenhalter 600 wird durch nicht näher dargestellte Befestigungselemente gewährleistet.
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In der dargestellten Ausführungsform weist das Akkupackgehäuse 110 ferner zwei Seitenkomponenten 125 auf, wobei in 2 lediglich eine der beiden Seitenkomponenten 125 dargestellt ist. Die Seitenkomponenten 125 halten im zusammengebauten Zustand die erste Gehäusekomponente 120 und die zweite Gehäusekomponente 130 derart zusammen, dass ein Ablösen der ersten Gehäusekomponente 120 von der zweiten Gehäusekomponente 130, oder umgekehrt, verhindert wird. In der dargestellten Ausführungsform ist deutlich erkennbar, dass der Zellenhalter 600 bereichsweise eine Außenseite der zweiten Gehäusekomponente 130 bzw. des Akkupacks 100 ausbildet, wobei alternativ der Zellenhalter 600 auch bereichsweise eine Außenseite der ersten Gehäusekomponente 120 ausbilden kann.
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Ferner sind Zellverbinder 500 dargestellt, durch die eine elektrische Verschaltung der Akkuzellen 400 untereinander in Parallel- und/oder Reihenschaltung vorgenommen werden kann. Dabei weist jede Akkuzelle 400 eine zu einer Längsachse x parallel verlaufende Mantelfläche 405 auf, wobei die Mantelfläche 405 von zwei senkrecht zu der Längsachse x stehenden Stirnflächen 410 begrenzt wird, an denen sich die elektrischen Pole der Akkuzellen 400 befinden.
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3 zeigt eine erste Akkuzelle 401 sowie eine zweite Akkuzelle 402, deren Pole 410 durch einen Zellverbinder 500 elektrisch miteinander verbunden sind. In der gezeigten Ausführungsform umfasst der Zellverbinder 500 einen ersten Stromleiter 510, einen zweiten Stromleiter 520, sowie einen dritten Stromleiter 530, die stapelförmig übereinander angeordnet sind. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein erster Endbereich 511 des ersten Stromleiters durch einen Schweißprozess mit dem Pol 410 der ersten Akkuzelle 401 verbunden, und ein zweiter Endbereich 512 mit dem Pol 410 der zweiten Akkuzelle 402. In einem nächsten Schritt wird der zweite Stromleiter 520 so über dem ersten Stromleiter 510 anliegend angeordnet und ein erster Endbereich 521 des zweiten Stromleiters 520 durch einen Schweißprozess mit dem ersten Endbereich 511 des ersten Stromleiters 510 verbunden, und ein zweiter Endbereich 522 des zweiten Stromleiters 520 mit dem zweiten Endbereich 512 des ersten Stromleiters 510. Auf ähnliche Weise werden ein erster Endbereich 531 des dritten Stromleiters 530 mit dem ersten Endbereich 521 des zweiten Stromleiters 520 durch einen Schweißprozess verbunden, und ein zweiter Endbereich 532 des dritten Stromleiters 530 mit dem zweiten Endbereich 522 des zweiten Stromleiters 520.
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So entsteht die in 3 dargestellte stapelförmige Struktur des Zellverbinders 500. Zwischen den Akkuzellen 401 und 402 weist der Zellverbinder 500 drei separate, stromführende, einander überlappende Querschnittsbereiche B1, B2 und B3 auf, die nicht miteinander verschweißt sind.
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4 zeigt eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei welcher der Zellverbinder 500, der die erste Akkuzelle 401 und die zweite Akkuzelle 402 elektrisch miteinander verbindet, ein zusammenhängender Stromleiter 530 ist. In diesem Fall weist der Zellverbinder 500 in einem nicht geschweißten Bereich 505 zwei separate stromleitende Querschnittsbereiche B1 und B2 auf, die sich überlappen.
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In dieser Ausführungsform wird der Stromleiter 530 von dem Pol 410 der ersten Akkuzelle 401 zum Pol 410 der zweiten Akkuzelle 402 hingeführt und hinter einer Biegestelle 535 wieder zum Pol 410 der ersten Akkuzelle 401 zurückgeführt. Dabei ist ein erster Endbereich 531 durch eine eigene Schweißstelle, vorzugsweise hergestellt durch Widerstandspunktschweißen, mit dem Pol 410 der ersten Akkuzelle 401 verbunden, und ein erster Bereich 534 vor der Biegestelle 535 durch eine eigene Schweißstelle, vorzugsweise hergestellt durch Widerstandspunktschweißen, mit dem Pol 410 der zweiten Akkuzelle 402. Ein zweiter Bereich 536 ist über eine eigene Schweißstelle, vorzugsweise hergestellt durch Widerstandspunktschweißen, wiederum mit dem darunterliegenden ersten Bereich 534 verbunden. Bei der Herstellung des Zellverbinders 500 wird diese Schweißung zwischen dem zweiten Bereich 536 und dem ersten Bereich 534 hergestellt, nachdem die Schweißung zwischen der ersten Stelle 534 und dem Pol 410 der zweiten Akkuzelle 402 hergestellt wurde.
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Ein zweiter Endbereich 532 kommt bei der Herstellung des Zellverbinders 500 über dem ersten Bereich 531 zu liegen und wird mit diesem über eine eigene Schweißstelle, vorzugsweise hergestellt durch Widerstandspunktschweißen, verbunden. Diese Schweißung zwischen dem ersten Endbereich 531 und dem zweiten Endbereich 532 wird bei der Herstellung des Zellverbinders 500 hergestellt, nachdem die Schweißung zwischen dem ersten Endbereich 531 und dem Pol 410 der ersten Akkuzelle 401 hergestellt wurde.
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Ein Winkel α an der Biegestelle 535 beträgt in einer bevorzugten Ausführungsform zwischen 170° und 190°, besonders bevorzugterweise 180°.
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Um die Schweißung besser kontrollierbar zu machen, ist in den Bereichen der Endabschnitte 531, 532 jeweils eine schlitzartige Ausnehmung 410 eingebracht, an deren beiden Ufern beim Vornehmen der Schweißung jeweils einander gegenüberliegend die Schweißelektroden des Widerstandpunktschweißens angeordnet werden. Auf diese Weise wird der Weg, den der Strom des parasitären Nebenschlusses zurücklegen muss, erhöht, sodass ein möglichst großer Teil des eingesetzten Schweißstroms durch die Fügestelle geleitet wird und so zur Herstellung der Schweißverbindung genutzt wird.
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In einer weiteren Ausführungsform kann der Stromleiter 530 unter Ausbildung weiterer Biegestellen noch beliebig oft zwischen den Polen 410 der Akkuzellen 401 und 402 hin- und hergeführt werden, wobei analog zum Vorstehenden weitere Schweißverbindungen zwischen den Bereichen vor bzw. hinter den Biegestellen vorgenommen werden.
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5 zeigt eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Zellverbinder 500, der die Pole 410 und 420 der ersten Akkuzelle 401 und der zweiten Akkuzelle 402 verbindet, weist zwei Querschnittsbereiche B1 und B2 auf, die in dem nicht durch eine Schweißung verbundenen Bereich 505 des Zellverbinders 500 zwischen den Akkuzellen 401, 402 die separaten Stromleiter bilden.
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Ein erster Endabschnitt E1 des Querschnittsbereichs B1 ist mit dem Pol 410 der Akkuzelle 401 durch eine Schweißstelle, vorzugsweise durch eine Widerstandspunktschweißung, verbunden. In ähnlicher Weise ist ein zweiter Endabschnitt E2 des Querschnittsbereichs B1 mit dem Pol 410 der Akkuzelle 402 durch eine Schweißstelle, vorzugsweise durch eine Widerstandspunktschweißung, verbunden.
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Wie im Zusammenhang mit 4 bereits beschrieben, sind auch in der in 5 gezeigten Ausführungsform die schlitzartigen Ausnehmungen 410 im Bereich der Schweißungen eingebracht, um den Schweißprozess besser kontrollieren zu können und den parasitären Nebenschluss zu unterdrücken.
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Wie der 5 anhand der gestrichelt dargestellten Konturen des Zellverbinders 500 zu entnehmen ist, können die Querschnittsbereiche B1 und B2 beispielsweise Teile eines bereichsweise zusammenhängenden Blechteils sein, wobei durch ein Umbiegen des Blechteils um einen Winkel α entlang einer Achse x eine zumindest teilweise Überlappung der Querschnittsbereiche B1 und B2 im Bereich 505 zwischen den Akkuzellen 401 und 402 erreicht wird. Der Winkel α beträgt in der durch Pfeile angedeuteten endgültigen Lage der Querschnittsbereiche B1 und B2 in der gezeigten Ausführungsform 180°, er kann jedoch auch andere Werte zwischen 170° und 190° annehmen. Der Querschnittsbereich B2 weist zwei Endabschnitte E3 und E4 auf, die durch das Umbiegen auf den Endabschnitten E1 und E2 zu liegen kommen, wobei in der gezeigten Ausführungsform Endabschnitt E3 auf Endabschnitt E1 zu liegen kommt und Endabschnitt E4 auf Endabschnitt E2. Um eine gute elektrische Kontaktierung zwischen den Querschnittsbereichen B1 und B2 zu erreichen, wird jeweils eine Schweißsstelle zwischen dem Endabschnitt E3 und dem Endabschnitt E1 vorgenommen sowie zwischen dem Endabschnitt E4 und dem Endabschnitt E2. Diese Schweißstellen werden vorzugsweise durch Widerstandspunktschweißen hergestellt.
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Auf diese Weise kann der Strom, der zwischen den Polen 410 der Akkuzellen 401 und 402 fließt, mit möglichst geringem elektrischem Widerstand in die beiden Querschnittsbereiche B1 und B2 eingeleitet werden, wodurch beide Querschnittsbereiche B1 und B2 für die Stromübertragung zwischen den Akkuzellen 401 und 402 zur Verfügung stehen.
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Die in 6 gezeigte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt einen Zellverbinder 500, der aus zwei gänzlich getrennten Stromleitern 510 und 520 besteht, und dessen Querschnittsbereiche B1 und B2 nicht über eine Biegestelle miteinander verbunden sind. Die ersten Endbereiche 511, 521 sowie die zweiten Endbereiche 512, 522 sind jeweils durch einen separaten Schweißprozess, vorzugsweise Widerstandspunktschweißen, mit dem jeweiligen Pol 410 der Akkuzellen 401 bzw. 402 verbunden.
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Neben den beschriebenen und abgebildeten Ausführungsformen sind weitere Ausführungsformen vorstellbar, welche weitere Abwandlungen sowie Kombinationen von Merkmalen umfassen können.
