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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Akkupack für eine Handwerkzeugmaschine und/oder ein Ladegerät nach Anspruch 1 sowie ein Werkzeugsystem gemäß Anspruch 10.
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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 koppelbaren Gehäuse, der beim Koppeln der beiden Gehäuse elektrisch an die Stromzufuhrleitungen des Gleichstrommotors angeschlossen wird.
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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. Die elektrische Kontaktierung erfolgt zumeist im Bereich einer Verriegelungsvorrichtung.
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Auch Ladegeräte für Akkupacks sind grundsätzlich bekannt und weisen eine in einem Gehäuse angeordnete Ladeelektronik mit einer Aufnahme für einen zu ladenden Akkupack und eine im Bereich der Aufnahme angeordnete Schnittstelle mit Kontaktelementen für Kontaktelemente des Akkupacks auf. Mit derartigen Ladegeräten ist das elektrische Wiederaufladen eines Akkupacks möglich.
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Ferner sind Werkzeugsysteme bekannt, bei denen entweder ein Akkupacktyp bei vielen verschiedenen Handwerkzeugmaschinen verwendet oder umgekehrt eine Handwerkzeugmaschine mit verschiedenen Akkupacktypen betrieben werden kann. Dabei ist grundsätzlich wichtig, dass die Handwerkzeugmaschine und/oder das Ladegerät Informationen über den Akkupack verfügen, wie beispielsweise den maximalen Lade- und Entladestrom, die aktuelle Betriebstemperatur und/oder den Innenwiderstand des Akkupacks. Heutige Akkupacksysteme werden von Management-Systemen gesteuert, welche die Zellen überwachen und den Lade- bzw. Entladestrom regeln. Ziel derartiger bekannter Verfahren ist es stets, unter Berücksichtigung der Akkusystemparameter die Lebensdauer des Akkupacks zu verlängern, wobei fast alle namhaften Hersteller von Elektrowerkzeugen in der Regel für ihre Akkupacks eine eigene Ladetechnik anbieten, so dass sowohl die Ladegeräte als auch die Handwerkzeugmaschinen speziell auf die Geometrie und Leistungsdaten des vom Hersteller angebotenen Akkupacks ausgelegt sind.
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Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Systeme bekannt, um der Handwerkzeugmaschine und/oder dem Ladegerät die benötigten Informationen über den eingesetzten Akkupack zur Verfügung zu stellen. So wird beispielsweise im Akkupack selbst eine elektrische Kodierung mittels Kodierwiderständen verbaut, die von der Handwerkzeugmaschine und/oder dem Ladegerät gemessen werden. Kodierwiderstände haben den Nachteil, dass pro Widerstand in der Regel ein zusätzlicher Kontakt zwischen der Handwerkzeugmaschine und/oder dem Ladegerät und dem Akkupack notwendig ist. Dies hat den Nachteil, dass die elektrische Kodierung mit Widerständen nur eine begrenzte Anzahl an Kodierungen ermöglicht, wodurch eine Zukunftskompatibilität eingeschränkt ist, da die entsprechenden Parametersätze im auslesenden Gerät bereits bei der Herstellung festgelegt werden müssen. Wird ein solcher Widerstand verfälscht, z.B. durch einen ESD-Schaden, einen erhöhten Übergangswiderstand am Kontakt oder Verschmutzungen, ist eine Fehlinterpretation des Kodierelements seitens der Handwerkzeugmaschine und/oder des Ladegeräts möglich, so dass beispielsweise nicht mit dem maximal erlaubten Strom geladen werden kann, wodurch eine längere Ladezeit notwendig wird, oder nicht der maximal erlaubte Strom entladen werden kann, wodurch das Werkzeug mit verminderter Leistung läuft. Ferner ist durch begrenzte Messgenauigkeit in der Handwerkzeugmaschine und/oder dem Ladegerät nur eine begrenzte Anzahl verschiedener Kodierwiderstände unterscheidbar.
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Ein derartiges System ist sehr kostengünstig, weshalb es in der Vergangenheit häufig genutzt wurde, und wodurch aktuell viele Werkzeugsysteme mit einer Handwerkzeugmaschine und/oder einem Ladegerät und einem Akkupack, die diese Technologie nutzen, auf dem Markt vorhanden sind.
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Alternativ kann es sich bei der Schnittstelle zwischen dem Akkupack und der Handwerkzeugmaschine und/oder dem Ladegerät um eine digitale Schnittstelle, z.B. eine Eindrahtschnittstelle handeln, bei der auch eine elektrische Kodierung über einen Datenbus und/oder über einen Pull-up-Widerstand auf hohem Potenzial liegt, und von den Kommunikationspartnern gemäß der Busprotokolldefinition nach Masse gezogen wird. Dabei tauschen die Handwerkzeugmaschine und/oder das Ladegerät über einen zusätzlichen Datenkontakt und mittels festgelegter Übertragungsprotokolle die erforderlichen Informationen mit dem Akkupack aus. Zwar verbessert das Bussystem den Nachteil der elektrischen Kodierung über Widerstände, da der Akkupack auch vorher nicht bekannte Parameterwerte übermitteln kann. Jedoch hat das Bussystem den Nachteil, dass dennoch zusätzliche Kontakte erforderlich sind, und dass der Akkupack außerdem eine eigene intelligente Elektronik benötigt. Derartige Akkupacks können während ihres Einsatzes selbstständig Daten, beispielsweise über die Anzahl ihrer Ladezyklen, sammeln. Diese Daten können zwar im Fehlerfall bei der Diagnose helfen, aber digitale Schnittstellen sind technisch aufwändiger, da sie auf beiden Seiten eine intelligente Elektronik benötigen. Ferner wird bereits bei der Herstellung des Akkupacks festgelegt, welche Daten gespeichert werden. Eine Änderung dieser Festlegung ist später nicht mehr möglich.
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Bei den oben genannten Systemen erweist sich insbesondere als Nachteil, dass eine Handwerkzeugmaschine und/oder ein Ladegerät und/oder ein Akkupack mit einer digitalen Schnittstelle nicht mit einem herkömmlichen Akkupack, welches eine mechanische oder elektrische Kodierung mittels Kodierwiderständen aufweist, kompatibel ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen gegenüber dem Stand der Technik optimierten Akkupack für eine Handwerkzeugmaschine und/oder ein Ladegerät bereitzustellen, welches sowohl mit bereits auf dem Markt befindlichen als auch mit neueren Handwerkzeugmaschinen und/oder Ladegeräten kompatibel ist.
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Diese Aufgabe wird durch einen Akkupack für eine Handwerkzeugmaschine und/oder ein Ladegerät nach Anspruch 1 sowie ein Werkzeugsystem gemäß Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Varianten und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein Akkupack wenigstens eine Schnittstelle zum Herstellen einer mechanischen und elektrischen Verbindung des Akkupacks mit einer Handwerkzeugmaschine und/oder einem Ladegerät aufweist. Die Schnittstelle umfasst Kontaktelemente zur elektrischen und/oder mechanischen Kontaktierung korrespondierender Kontaktelemente an der Handwerkzeugmaschine und/oder korrespondierender Kontaktelemente an dem Ladegerät, wobei wenigstens ein Kontaktelement ein Signalkontaktelement ist, welches mit einem Kodierelement des Akkupacks elektrisch verbunden ist. Ferner umfasst der Akkupack eine Akkupackelektronik, wobei die Akkupackelektronik dazu ausgelegt ist, Informationen bezüglich des Akkupacks über das Signalkontaktelement bereitzustellen, wobei die Informationen bezüglich des Akkupacks zumindest teilweise in dem Kodierelement hinterlegt sind. Desweiteren weist der Akkupack einen Microcontroller auf, wobei der Microcontroller derart mit der Akkupackelektronik verbunden ist, dass der Microcontroller erkennt, wenn Informationen an dem Signalkontaktelement von einer Handwerkzeugmaschine und/oder von einem Ladegerät abgerufen werden. Auf diese Weise kann gewährleistet werden, dass der Microcontroller in der Lage ist, zu prüfen, ob das Kodierelement gerade von der Handwerkzeugmaschine und/oder dem Ladegerät ausgelesen wird. Darüber können die Handwerkzeugmaschine und/oder das Ladegerät und der Akkupack miteinander auf digitaler Ebene kommunizieren, so dass ein erfindungsgemäßer Akkupack sowohl mit den bereits auf dem Markt befindlichen als auch mit neuen Handwerkzeugmaschinen und/oder neuen Ladegeräten kompatibel ist, wobei keine zusätzlichen Kontakteelemente zwischen dem Akkupack und der Handwerkzeugmaschine und/oder dem Ladegerät benötigt werden, da ein neues Ladegerät bzw. eine neue Handwerkzeugmaschine immer noch das Kodierelement messen und bewerten kann, und ein neuer Akkupack einem alten Ladegerät bzw. einer alten Handwerkzeugmaschine immer noch ein Kodierelement zur Verfügung stellt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das mindestens eine Kodierelement ein Kodierwiderstand, wobei der Kodierwert der Widerstandswert des Kodierwiderstandes ist. Ganz besonders bevorzugt ist der Kodierwiderstand ein ohmscher Widerstand und der Kodierwert der ohmsche Widerstandswert, wobei das Mittel zum Erfassen des Kodierwertes in diesem Falle einen gegen eine Mess-Gleichspannung geschalteten ohmschen Messwiderstand umfasst. Alternativ kann das Kodierelement auch ein RC-Glied, ein Kondensator, eine Induktivität, eine Diode, eine Zenerdiode oder eine Kombination daraus sein.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Microcontroller derart mit der Akkupackelektronik verbunden, dass die Informationen, die an dem Signalkontaktelement bereitgestellt werden, von dem Microcontroller beeinflusst werden können, so dass Daten im Akkupack gespeichert werden können, die bei Herstellung des Akkupacks noch nicht definiert waren.
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In einer möglichst einfachen Ausführungsform der Erfindung ist die Akkupackelektronik derart ausgebildet, dass der Microcontroller die am Signalkontaktelement bereitgestellten Informationen durch Kurzschließen des Kodierelements mit Masse beeinflusst, wobei die Handwerkzeugmaschine und/oder das Ladegerät in der Lage ist, das Kodierelement für eine Messung zu bestromen. Über die gemessene Spannung ist der Widerstandswert des Kodierwiderstandes ermittelbar.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Microcontroller dazu eingerichtet, Daten bezüglich des Akkupacks, insbesondere bezüglich des Betriebs des Akkupacks, zu sammeln und in einem in den Akkupack integrierten Speicher zu speichern. Die vom Akkupack gesammelten Informationen (z.B. Anzahl Ladezyklen) können von der Handwerkzeugmaschine und/oder dem Ladegerät abgefragt werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform können die Daten somit an einer festgelegte Adressen und/oder flexibel im Speicher gespeichert werden. Somit ist es möglich, dass zuvor definierte Parameter bereits vom Hersteller und/oder von der Handwerkzeugmaschine und/oder dem Ladegerät in den Akkupack übertragen und gespeichert werden. Zusätzlich oder alternativ können auch flexible Daten vom Hersteller und/oder von der Handwerkzeugmaschine und/oder dem Ladegerät und/oder vom Benutzer in den Akkupack übertragen und gespeichert werden. Bevorzugterweise entspricht die Adresse im Speicher der Bedeutung des Datensatzes, wobei jeweils der Name eines Parameters sowie der Inhalt des Parameters übertragen und gespeichert werden. Auf diese Weise ist es möglich, in einem kleinen Speicher von beispielsweise 100 Bytes z.B. 25 2-bytige Datenwörter mit 2-bytigen Namen zu speichern, also 25 von 65536 möglichen Datenwörtern. Das ermöglicht, auch noch lange nach einem Verkauf des Akkupacks Datenwörter zu definieren, die dann von einer neueren Handwerkzeugmaschine und/oder einem neueren Ladegerät im Akkupack abgelegt und wieder ausgelesen werden können. Auf diese Weise wird der Akkupack zu einem flexiblen, externen Datenspeicher für die Handwerkzeugmaschine und/oder das Ladegerät. Dabei ist entscheidend, dass der Akkupack Daten empfängt und später bereitstellt, die zumindest teilweise nicht seitens des Akkupacks generiert bzw. erhoben wurden, sondern die vom Hersteller und/oder vom Benutzer im Datenspeicher des Akkupacks und/oder des Ladegeräts und/oder der Handwerkzeugmaschine abgespeichert werden.
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Besonders vorteilhaft beziehen sich die gesammelten und gespeicherten Daten auf aktuelle Betriebszustände, insbesondere Einzelzellspannungen und/oder die aktuelle Temperatur des Akkupacks und/oder auf den Verlauf von Betriebszuständen des Akkupacks, insbesondere eine Anzahl von Ladezyklen. Generell können unter aktuellen Betriebszuständen auch Akkusystemparameter wie beispielsweise eine Entladeschlussspannung des Akkupacks, eine Leistungsklasse des Akkupacks, eine Zellenanzahl des Akkupacks und/oder eine verwendete Zellchemikalie des Akkupacks verstanden werden. Hierbei kann unter Leistungsklasse vor allem die unterschiedlichen Gleichspannungen der Akkupacks, beispielsweise von 3,6 Volt, 7,2 Volt, 10,8 Volt, 14,4 Volt, 18 Volt oder 36 Volt und/oder die Stromtragfähigkeit des Packs beim Laden und Entladen verstanden werden.
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Vorteilhafterweise ist der Microcontroller dazu eingerichtet, Daten aus dem integrierten Speicher in Form der an dem Signalkontaktelement bereitgestellten Informationen an eine Steuerungseinheit der Handwerkzeugmaschine und/oder an eine Ladeelektronik des Ladegerätes auszugeben.
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Bevorzugterweise sind die Daten zumindest teilweise redundant mit den im Kodierelement hinterlegten Informationen. Die erforderlichen Informationen, wie beispielsweise der maximale Ladestrom und/oder kritische Informationen über den Einzelzellen-Zustand, werden zusätzlich digital übertragen. Auf diese Weise kann eine sichere Übertragung von Informationen zwischen dem Akkupack und der Handwerkzeugmaschine und/oder dem Ladegerät ermöglicht werden.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Microcontroller dazu eingerichtet, Daten von einer Steuerungseinheit der Handwerkzeugmaschine und/oder von einer Ladeelektronik des Ladegerätes zu empfangen und in dem integrierten Speicher zu speichern, so dass auch Daten der Handwerkzeugmaschine und/oder des Ladegerätes im Akkupack abgespeichert und wieder zur Verfügung gestellt werden können. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung kann die Handwerkzeugmaschine und/oder das Ladegerät beispielsweise eine Verbindung mit einem Datennetz herstellen und die Informationen in dieses übertragen und abspeichern, ohne dass der Akkupack über eine derartige Verbindung verfügen muss.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Microcontroller dazu ausgebildet, über das Signalkontaktelement Steuerungsbefehle bezüglich des Akkupacks von der Steuerungseinheit der Handwerkzeugmaschine und/oder von der Ladeelektronik des Ladegerätes zu empfangen und gegebenenfalls in dem integrierten Speicher zu speichern. Auf diese Weise kann beispielsweise die Ladeelektronik des Ladegerätes und/oder die Steuerungseinheit der Handwerkzeugmaschine eine Balancierung des Akkupacks einleiten, sofern die dafür erforderlichen Schaltmittel vorhanden sind.
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Ferner wird die Aufgabe durch ein Werkzeugsystem gelöst, wobei das Werkzeugsystem einen erfindungsgemäßen Akkupack, ein Ladegerät und/oder eine Handwerkzeugmaschine umfasst. Das Ladegerät und/oder die Handwerkzeugmaschine weist jeweils eine Schnittstelle zur elektrischen und/oder mechanischen Kopplung des Akkupacks mit dem Ladegerät und/oder der Handwerkzeugmaschine auf, wobei das Ladegerät eine Ladeelektronik und/oder die Handwerkzeugmaschine eine Steuerungseinheit umfasst. Die Ladeelektronik und/oder die Steuerungseinheit ist dazu ausgebildet, Daten aus dem integrierten Speicher des Akkupacks und/oder Informationen bezüglich des Akkupacks über das Signalkontaktelement zu empfangen und/oder auszugeben.
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Die Ladeelektronik des Ladegerätes und/oder die Steuerungseinheit der Handwerkzeugmaschine ist ferner dazu ausgebildet, die empfangenen Daten auszuwerten und Steuerbefehle an den Akkupack zu senden. Auf diese Weise können Steuerbefehle der Ladeelektronik des Ladegerätes und/oder der Steuerungseinheit der Handwerkzeugmaschine an den Akkupack übertragen werden. So ist denkbar, dass zum Beispiel eine Ladezustandsanzeige, die Teil des Akkupacks ist, über diese Steuerbefehle angesteuert werden kann, um dem Benutzer allgemeine Informationen bezüglich des Akkupacks wiederzugeben. Vorteilhafterweise basieren die Steuerbefehle zumindest teilweise auf der Auswertung der empfangenen Daten.
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Vorteilhafterweise bewirkt dabei ein bestimmter von der Ladeelektronik des Ladegerätes und/oder der Steuerungseinheit der Handwerkzeugmaschine ausgegebener Steuerbefehl eine dauerhafte oder zeitlich begrenzte Sperrung des Akkupacks, wenn beispielsweise ein unsicherer bzw. ungenügender Zustand des Akkupacks erkannt wird.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform betreffen die über das Signalkontaktelement übermittelten Informationen zumindest einen der Parameter Entladeschlussspannung des Akkupacks, Leistungsklasse des Akkupacks, Ladeschlussspannung des Akkupacks, Zellenanzahl des Akkupacks, oder verwendete Zellchemikalien des Akkupacks.
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Generell werden unter einer Handwerkzeugmaschine im 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, sowie deren Systemzubehör wie beispielsweise Lampen, Schweißgeräte, Laser, Messgeräte oder Gebläse oder Sauger, die mit den gleichen Akkupacks betrieben werden können. Unter 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 Darstellung eines Akkupacks;
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3 eine Draufsicht auf den Akkupack aus 3;
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4 eine schematische Darstellung einer Schaltung eines Akkupacks und eines Ladegeräts bzw. einer Handwerkzeugmaschine nach den Stand der Technik;
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5 eine schematische Darstellung einer ersten Variante einer Schaltungsanordnung eines erfindungsgemäßen Akkupacks;
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6 eine schematische Darstellung einer zweiten Variante einer Schaltungsanordnung eines erfindungsgemäßen Akkupacks;
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7 eine schematische Darstellung einer dritten Variante einer Schaltungsanordnung eines erfindungsgemäßen Akkupacks; und
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8 eine schematische Darstellung einer vierten Variante einer Schaltungsanordnung eines erfindungsgemäßen Akkupacks.
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Die 1 zeigt ein als Handwerkzeugmaschine 300 ausgebildetes Elektrogerät, welches beispielhaft als Akku-Bohrschrauber ausgebildet ist. Entsprechend ist die Handwerkzeugmaschine 300 ist in der dargestellten Ausführungsform zur netzunabhängigen Stromversorgung mechanisch und elektrisch mit einem Akkupack 100 verbunden. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf Akku-Bohrschrauber beschränkt ist, sondern vielmehr bei unterschiedlichen Handwerkzeugmaschinen 300 Anwendung finden kann, unabhängig davon, ob sie, wie dargestellt, mit einem Akkupack 100 als netzunabhängige Stromversorgung oder eventuell zusätzlich mit einer netzabhängigen Stromversorgung betrieben werden. Die Handwerkzeugmaschine 300 weist ein in einem Gehäuse 305 angeordnetes Getriebe 330 zur Übertragung eines von einem Antriebsmotor 335 erzeugten Drehmomentes auf eine um eine Achse x rotierende Antriebswelle, an welcher eine Werkzeugaufnahme 320 für ein nicht dargestelltes Werkzeug befestigt ist, und einen Handgriff 315 auf. Innerhalb des Gehäuses 305 ist eine Elektronik 370 angeordnet, welche in elektronischem und mechanischem Kontakt mit dem Antriebsmotor 335 und/oder dem Getriebe 330 steht. Der Handgriff 315 dient als Auflagefläche für eine Hand eines Bedieners der Handwerkzeugmaschine 300 und weist in der Regel eine Längsachse y, eine Vorderseite 317, die entlang einer Achse x in Richtung der Werkzeugaufnahme 320 zeigt, eine Rückseite 316, und zwei Seitenflächen 318 auf.
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Im Bereich des Handgriffes 315 ist ein erstes Bedienelement 310 für die Energieversorgung des Antriebsmotors 335 angeordnet, wobei das erste Bedienelement 310 aus dem Gehäuse 305 für den Benutzer manuell zugänglich herausragt, so dass in einer an sich bekannten Art und Weise durch eine Druckbewegung des ersten Bedienelementes 310 eine Steuerung und/oder Regelung des Antriebsmotors bevorzugterweise in Abhängigkeit vom Verstellweg des ersten Bedienelementes 310 ermöglicht werden kann, und auch die Spannungsversorgung für den Antriebsmotor 335 ein- und/oder ausgeschaltet werden kann. Ferner weist die Handwerkzeugmaschine 300 ein zweites Bedienelement 312 in Form eines Schiebeschalters zum Einstellen der Drehrichtung des Antriebsmotors 335 der Handwerkzeugmaschine 300 auf. Das zweite Bedienelement 312 ist senkrecht zur Drehachse x der Antriebswelle, insbesondere der Werkzeugaufnahme 320 der Handwerkzeugmaschine 300, verschieblich angeordnet, so dass das zweite Bedienelement 312 bei Betätigung zwischen einer ersten Position, einer zweiten Position und einer dritten Position hin und her bewegt werden kann. Dabei legen jeweils die erste und zweite Position eine Drehrichtung des Antriebsmotors fest. Somit kann der Benutzer der Handwerkzeugmaschine 300 bereits anhand der Positionen des zweiten Bedienelements 312 erkennen, in welchem Arbeitsmodus die Handwerkzeugmaschine 300 arbeitet. Zusätzlich weist das zweite Schaltelement zwischen der ersten Position und der zweiten Position eine dritte Position, beispielsweise eine Mittelstellung, auf, wobei in der dritten Position eine elektrische, elektromechanische und/oder mechanische Unterbrechung des Motorstroms erfolgt. So kann zum Beispiel die Bedienung des ersten Schaltelementes 310 mechanisch gesperrt sein, wobei das zweite Bedienelement 312 bei Bewegung in eine dritte Position verriegelnd auf das erste Schaltelement 310 wirkt. Dabei kann das zweite Bedienelement 312 wie dargestellt als Schiebeschalter oder alternativ als Kippschalter ausgeführt sein.
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Das erste Bedienelement 310 und das zweite Bedienelement 312 sind entlang der Drehachse x derart angeordnet, dass es möglich ist, sowohl das erste als auch das zweite Bedienelement 310, 312 mit dem Zeigefinger oder Mittelfinger zu betätigen. Dabei ist der Abstand zwischen dem ersten Bedienelement 310 und dem zweiten Bedienelement 312 so gewählt, dass eine Einhandbedienung der Handwerkzeugmaschine 300 möglich ist. Beide Bedienelemente 310, 312 sind ferner in einem Bereich unterhalb der Drehachse x angeordnet und ragen aus dem Gehäuse 305 heraus.
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In der in der 1 gezeigten Position ist der Akkupack 100 an dem Handgriff 315 der Handwerkzeugmaschine 300 befestigt und durch Verriegelungsmittel verriegelt. Durch die Anordnung des Akkupacks 100 unterhalb des Handgriffs 315 wird die Bedienung der Handwerkzeugmaschine 300 nicht gestört. Die nicht im Detail dargestellten 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. Ferner weist die Handwerkzeugmaschine 300 eine Schnittstelle 380 auf.
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Das in 1 dargestellte Akkupack 100 ist als Schiebeakkupack ausgeführt, und weist eine zur Schnittstelle 380 der Handwerkzeugmaschine 300 korrespondierende Schnittstelle 180 auf. Alternativ zum Schiebeakkupack ist auch eine Ausführung als Dreh- oder Schwenkakkupack möglich, wobei der Akkupack 100 an der der Schwenkachse gegenüberliegenden Seite durch Verrasten, Verschrauben, Verklemmen oder Verspannen an dem Gehäuse 305 der Handwerkzeugmaschine 300 lösbar arretiert werden kann. Auf diese Weise kann wirksam einem möglichen Abfallen des Akkupacks vom Gehäuse 305 entgegengewirkt werden.
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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 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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Die 2 und 3 zeigen verschiedene Ansichten eines Akkupacks 100 aus dem Stand der Technik, der in einem Werkzeugsystem gemäß der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommen kann. Dieser weist ein Gehäuse 110 aus einer ersten Gehäusekomponente 120 und einer zweiten Gehäusekomponente 130 auf, wobei das Gehäuse in der dargestellten Ausführungsform zwischen der ersten Gehäusekomponente 120 und der zweiten Gehäusekomponente 130 zumindest eine, vorzugsweise und hier dargestellt jedoch eine Mehrzahl parallel oder seriell verschaltete Akkuzellen aufnimmt. Die Akkuzellen werden bevorzugterweise entweder mittels eines Zellhalters oder mittels Papphülsen zur Isolation der Akkuzellen 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 der Handwerkzeugmaschine 300 oder an das Ladegerät 700 weist der Akkupack 100 eine Schnittstelle 180 zur mechanischen und elektrischen Verbindung mit einer korrespondierenden Schnittstelle 380 der Handwerkzeugmaschine 300 oder einer korrespondierende Schnittstelle 780 des Ladegerätes 700 auf. Beim Anbringen des Akkupacks 100 werden Aufnahmemittel, z. B. Führungsnuten und Führungsrippen, der Handwerkzeugmaschine 300 oder des Ladegerätes 700 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 780 des Ladegerätes 700 geschoben wird. Über die Schnittstellen 180 kann der Akkupack 100 der Schnittstelle 380, 780 der Handwerkzeugmaschine 300 und/oder dem Ladegerät 700 zugeordnet werden.
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In der dargestellten Ausführungsform weist die Schnittstelle 180 Kontaktelemente 140 auf, die mit korrespondierenden Gegenkontaktelementen 740 des Ladegerätes 700 und/oder korrespondierenden Gegenkontaktelementen 340 der Handwerkzeugmaschine 300 zusammenwirken, um sowohl Ladestrom zu übertragen als auch Informationen zwischen dem Ladegerät 700 und/oder der Handwerkzeugmaschine 300 und dem Akkupack 100 auszutauschen.
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Dabei ist jedem der Kontaktelemente 140 des Akkupacks 100 eine spezifische Funktion zugewiesen, die festgelegt ist und nicht veränderbar ist. Bei dieser spezifischen Funktion kann es sich beispielsweise um die Übertragung einer vordefinierten Information in Form eines von einem korrespondierenden Gegenkontaktelementen 740 des Ladegerätes 700 oder korrespondierenden Gegenkontaktelementen 340 der Handwerkzeugmaschine 300 übertragenen Signals oder um die Kontaktierung eines festgelegten elektrischen Pols beim Ladevorgang handeln.
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Die 4 zeigt schematisch eine Schaltungsanordnung für ein Akkupack 100 und eine mit dem Akkupack 100 verbundene Handwerkzeugmaschine 300 und/oder ein angeschlossenes Ladegerät 700 nach dem bisherigen Stand der Technik. Der Akkupack 100 und das Ladegerät 700 bzw. die Handwerkzeugmaschine 300 sind über die jeweiligen Geräteseitigen Schnittstellen 180, 380, 780 miteinander verbunden. Die Kontaktelemente 140 umfassen im Einzelnen ein erstes Kontaktelement 141 und ein zweites Kontaktelement 142, an denen während des Ladevorgangs der elektrische Plus- und der elektrische Minuspol anliegen. Diese beiden Kontaktelemente 141, 142 sind als Spannungskontaktelemente ausgebildet und dienen als Lade- und/oder Entladekontaktelemente. Desweiteren sind ein drittes Kontaktelement 143, ein viertes Kontaktelement 144, und ein fünftes Kontaktelement 145 zu erkennen, welche als Signalkontaktelemente ausgebildet sind und der Signalübertragung vom Akkupack 100 zu der Handwerkzeugmaschine 300 oder dem Ladegerät 700 und/oder von der Handwerkzeugmaschine 300 oder dem Ladegerät 700 zum Akkupack 100 dienen. In der gezeigten Ausführungsform sind das dritte Kontaktelement 143, das vierte Kontaktelement 144 und das fünfte Kontaktelement 145 dazu ausgelegt, ein drittes Gegenkontaktelement 743, ein viertes Gegenkontaktelement 744, und ein fünftes Gegenkontaktelement 745 des Ladegerätes 700 und/oder ein drittes Gegenkontaktelement 343, ein viertes Gegenkontaktelement 344, und ein fünftes Gegenkontaktelement 345 der Handwerkzeugmaschine 300 zu kontaktieren, über welche jeweils Informationen bezüglich diverser Akkusystemparameter oder Betriebsparameter des Akkupacks 100 an eine Ladeelektronik 720 des Ladegerätes 700 und/oder an eine Steuerung 370 der Handwerkzeugmaschine 300 übertragen werden.
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Innerhalb des Akkupacks 100 führt das erste Kontaktelement 141 zu einem ersten positiven Anschlusspol 412 einer Akkuzellenanordnung 400, und zweites Kontaktelement 142 zu einem zweiten negativen Anschlusspol 414. Sowohl das dritte Kontaktelement 143 als auch das fünfte Kontaktelement 145 sind über ein Kodierelement 843 in Form eines Kodierwiderstandes mit einem Masseanschluss verbunden, der wiederum, wie in den Figuren dargestellt, mit dem zweiten negativen Anschlusspol 414 des Akkupacks 100 verbunden ist. Durch die Wahl des Kodierelements 843 und dessen Kapazitäten ist es möglich, Informationen über die Art der Akkuzellen zu codieren. Das Mittel zum Erfassen der Widerstandswerte der Kodierwiderstände kann beispielsweise durch eine Spannungsmessvorrichtung, eine Gleichspannungsmessvorrichtung im Falle eines ohmschen Kodierwiderstandes und eine Wechselspannungsmessvorrichtung im Falle eines RC-Gliedes als Kodierwiderstand, realisiert werden, wobei beispielsweise ein Spannungsteiler aus dem jeweiligen Kodierwiderstand und einem weiteren Mess-Hilfswiderstand 824 gebildet wird, der von einer elektrischen Spannung beaufschlagt wird, einer Gleichspannung im Falle eines ohmschen Kodierwiderstandes oder einer Wechselspannung im Falle des RC-Gliedes. Dabei wird zwischen einem Kodierwiderstand und dem Messwiderstand eine Spannung gegen Masse gemessen und über die gemessene Spannung auf den Widerstandswert des Kodierwiderstandes geschlossen. Hieraus kann dann ermittelt werden, um welche Art von Akkupack 100 es sich handelt. Das vierte Kontaktelement 144 ist über ein temperaturabhängiges Steuerelement 825 in Form eines Temperatursensors mit einem Masseanschluss mit dem zweiten negativen Anschlusspol 414 des Akkupacks 100 verbunden.
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Vom Ladegerät 700 bzw. der Handwerkzeugmaschine 300 sind nur die Schnittstellen 380, 780 mit den Gegenkontaktelementen 340, 740 schematisch dargestellt. Die Gegenkontaktelemente 340, 740 sind korrespondierend zu den Kontaktelementen 140 des Akkupacks 100 angeordnet, so dass sowohl das Ladegerät 700 fünf Gegenkontaktelemente 741, 742, 743 744, 745, als auch die Handwerkzeugmaschine 300 fünf Gegenkontaktelemente 341, 342, 343, 344, 345 aufweist.
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In den 5 bis 8 sind vier verschiedene Ausführungsvarianten von Schaltungsanordnungen innerhalb eines erfindungsgemäßen Akkupacks 100 dargestellt. Von der in 4 dargestellten Ausführungsform des bisherigen Standes der Technik unterscheiden sich die im Folgenden näher beschriebenen Ausführungsvarianten der Erfindung insbesondere dahingehend, dass der Akkupack 100 einen Microcontroller 820 umfasst. Der Microcontroller 820 ist derart mit der Akkupackelektronik 800 verbunden, dass er erkennt, wenn Informationen an einem der Signalkontaktelemente 143, 144, 145 insbesondere an einem mit einem der Kodierelementen 843 verbundenen Kontaktelemente 143, 145 von der Handwerkzeugmaschine 300 und/oder dem Ladegerät 700 abgerufen werden. Ferner ist der Microcontroller 820 derart mit der Akkupackelektronik 800 verbunden, dass die Informationen, die an einem der Signalkontaktelemente 143, 144, 145 bereitgestellt werden, von dem Microcontroller 820 beeinflusst werden können.
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Im Detail zeigt 5 eine erste Ausführungsvariante einer Schaltungsanordnung für einen erfindungsgemäßen Akkupack 100, wobei der Microcontroller 820 über einen ersten Knotenpunkt a ein Schaltelement 822, vorzugsweise einen Halbleiterschalter oder ein Relais steuert. Das Schaltelement 822 erlaubt dem Microcontroller 820 das über das dritte Kontaktelement 143 übermittelte Signal von der Handwerkzeugmaschine 300 oder dem Ladegerät 700 an einen Mess-Hilfswiderstand 824 parallel zu schalten und dort über einen zweiten Knotenpunkt b zu messen. Hierbei ist es möglich, dass der Microcontroller 820 über den zweiten Knotenpunkt b das übermittelte Signal beeinflusst. Das dritte Kontaktelement 143 muss nicht, wie in der dargestellten Ausführungsvariante, auch das Kontaktelement sein, das über eine Anbindung an das Kodierelement 843 verfügt. Alternativ ist auch denkbar, dass das dritte Kontaktelement 143 eine Anbindung an ein anderes analog übertragenes Signal, beispielsweise das des Temperatursensors 825, hat, welcher in der in 5 dargestellten Variante an dem vierten Kontaktelement 144 angeschlossen ist, aber nicht im Detail dargestellt ist.
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In 6, einer zweiten Ausführungsvariante einer Schaltanordnung eines erfindungsgemäßen Akkupacks 100 weist der Mikrocontroller 820 zusätzlich zum ersten Knotenpunkt a und zum zweiten Knotenpunkt b einen dritten Knotenpunkt c auf. Über die verschiedenen Knotenpunkten a, b, c kann der Microcontroller 820 mit dem dritten und fünften Kontaktelement 143, 145 und somit auch mit den daran angeschlossenen Kodierelementen 843 und der Handwerkzeugmaschine 300 oder dem Ladegerät 700 kommunizieren. Die jeweiligen Schaltelemente 822 können in diesem Fall über den gleichen ersten Knotenpunkt a angesteuert werden. Ferner weist die zweite Ausführungsvariante zwei Mess-Hilfswiderstände 824 auf. Die beiden Schaltelemente 822 erlauben dem Microcontroller 820 ferner, die über das dritte und fünfte Kontaktelement 143, 145 übermittelten Signale von der Handwerkzeugmaschine 300 oder dem Ladegerät 700 parallel zu den beiden Mess-Hilfswiderständen 824 zu schalten und dort über den zweiten und dritten Knotenpunkt b, c zu messen. Hierbei ist es möglich, dass der Microcontroller 820 über die beiden Knotenpunkte b, c die übermittelten Signale beeinflusst.
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Im Gegensatz zur ersten Ausführungsvariante erfolgt in der in 7 dargestellten dritten Ausführungsvariante einer Schaltanordnung eines erfindungsgemäßen Akkupacks 100 eine Trennung bzw. Zuschaltung des Mikrocontrollers 820 nicht über ein Schaltelement 822, sondern über einen Kondensator 826. Vorteilhafterweise hat der Kondensator 826 die Eigenschaft, für Gleichstromsignale eine Trennung darzustellen, höher frequentierte Signale jedoch durchzulassen. Somit kann eine Rückwärtskompatibilität mit einer der herkömmlichen (niederfrequenten) Schnittstellen 380, 780 einer herkömmlichen Handwerkzeugmaschinen 300 oder eines herkömmlichen Ladegerätes 700 gewährleistet werden, wobei die zusätzliche Signalübertragung in einem höheren Frequenzbereich, beispielsweise einem Frequenzbereich von größer 1KHz, stattfinden kann. Ferner können über den Kondensator 826 weitere Einzelheiten des Lade- bzw. Entladevorgangs vom Microcontroller 820 des Akkupacks 100 ausgelesen und beispielsweise entsprechende Steuerbefehle ausgelöst und/oder diese an die Handwerkzeugmaschine 300 oder das Ladegerät 700 übermittelt werden.
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Im Gegensatz zur ersten und dritten Ausführungsvariante erfolgt in der in 8 dargestellten vierten Ausführungsvariante einer Schaltanordnung eines erfindungsgemäßen Akkupacks 100 eine Trennung bzw. Zuschaltung des Mikrocontrollers 820 nicht über ein Schaltelement 822, sondern über eine Diode 828. Herkömmliche Handwerkzeugmaschinen 300 oder herkömmliche Ladegeräte 700 können mit einer positiven Spannung ein Kodierelement 843 abfragen. In dem Fall, in dem die Handwerkzeugmaschine 300 oder das Ladegerät 700 eine niedrige Spannung, z.B. 0,2V, auf das dritte Kontaktelement 143 schalten, fließt ein Strom durch die Diode 828. Dieser Strom kann sowohl von der Handwerkzeugmaschinen 300 und/oder vom Ladegerät 700 beispielsweise durch Ein- und Ausschalten manipuliert und anschließend vom Mikrocontroller 820 gemessen werden, als auch vom Mikrocontroller 820 manipuliert werden, indem der zweite Kontenpunkt b verändert wird, beispielsweise von einer high- auf eine low-Schaltung. Ferner weist die vierte Ausführungsvariante zwei Mess-Hilfswiderstände 824 auf. Vorteilhafterweise ist diese Hilfsbeschaltung so ausgelegt, dass über den zweiten Knotenpunkt b am Mikrocontroller 820 niemals eine für den Mikrocontroller 820 schädliche Spannung anliegt.
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Wie oben beschrieben kann der Microcontroller 820 die an einem der Signalkontaktelemente 143, 144, 145 bereitgestellten Informationen durch Kurzschließen des Kodierelements 843 mit Masse beeinflussen und Daten bezüglich des Akkupacks 100, insbesondere bezüglich des Betriebs des Akkupacks 100 sammeln und in einem integrierten Speicher abspeichern. Ferner können die Daten aus dem integrierten Speicher in Form der an den Signalkontaktelementen 143, 144, 145 bereitgestellten Informationen an eine Steuerungseinheit 370 der Handwerkzeugmaschine 300 und/oder an eine Ladeelektronik 720 des Ladegerätes 700 ausgegeben werden, wobei die im internen Speicher hinterlegten Daten zumindest teilweise redundant sind mit den im Kodierelement 843 hinterlegten Informationen. Dabei ist es besonders vorteilhaft, dass der Microcontroller 820 dazu eingerichtet ist, die Daten von der Steuerungseinheit 370 der Handwerkzeugmaschine 300 und/oder von der Ladeelektronik 720 des Ladegerätes 700 zu empfangen und in dem integrierten Speicher abzuspeichern.
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In einem Werkzeugsystem, welches einen erfindungsgemäßen Akkupack 100, ein Ladegerät 700 und eine Handwerkzeugmaschine 300 mit jeweils einer korrespondierenden Schnittstelle 380, 780 zur elektrischen und/oder mechanischen Kopplung mit der Schnittstelle 180 des Akkupacks 100 umfasst, ist die Ladeelektronik 720 des Ladegerätes 700 und/oder die Steuerungseinheit 370 der Handwerkzeugmaschine 300 dazu ausgebildet, die empfangenen Daten vom Akkupack 100 auszuwerten und Steuerbefehle, die zumindest teilweise auf der Auswertung der empfangenen Daten basieren, an den Akkupack 100 zu senden. In dem Fall, in dem beispielsweise die übermittelten Daten einen unsicheren Zustand des Akkupacks 100 oder einen Zustand erkennen lassen, der zu einem unsicheren Zustand des Akkupacks 100 führen könnte, offenbart die vorliegende Erfindung die Möglichkeit, dass ein von der Ladeelektronik 720 des Ladegerätes 700 und/oder der Steuerungseinheit 370 der Handwerkzeugmaschine 300 ausgegebener Steuerbefehl eine dauerhafte oder zeitlich begrenzte Sperrung des Akkupacks bewirkt.
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Die gesammelten und gespeicherten Daten können sich auf aktuelle Betriebszustände, insbesondere Einzelzellspannungen, und/oder auf den Verlauf von Betriebszuständen des Akkupacks 100, insbesondere eine Anzahl von Ladenzyklen, beziehen. Ferner sollen unter dem Begriff der Betriebszustände verschiedene Akkusystemparameter oder Betriebsparameter verstanden werden, wobei darunter insbesondere einer der Parameter Entladeschlussspannung, Ladeschlussspannung, die aktuelle Temperatur des Akkupacks 100, Zellenanzahl des Akkupacks 100, Anzahl der parallel oder in Reihe geschalteter Zellen, eine verwendete Chemikalie der Zellen des Akkupacks 100 und/oder die Leistungsklasse des Akkupacks 100 verstanden werden soll. Dabei fallen unter Leistungsklasse des Akkupacks 100 sowohl eine abgegebene Spannung des Akkupacks 100 als auch eine Stromtragfähigkeit des Akkupacks 100, sowie eine elektrische Kapazität des Akkupacks 100.
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Neben den beschriebenen und abgebildeten Ausführungsformen sind weitere Ausführungsformen vorstellbar, welche weitere Abwandlungen sowie Kombinationen von Merkmalen umfassen können.
