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Die Erfindung betrifft eine Polsterelement zum Einsatz in einem Haltesystem für Energiespeicher, ein mit diesem Polsterelement ausgestattetes Haltesystem sowie ein Fahrzeugs mit einem derartigen Haltesystem.
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Stand der Technik
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Beim Einsetzen eines Energiespeichers (z.B. ein Akkumulator oder eine Batterie) in entsprechende Haltesysteme besteht das generelle Problem, eine ausreichende elektrische Kontaktierung mit einer mechanischen Befestigung bzw. Arretierung zu verbinden, um ungewollte Bewegungen zu verhindern. So kann der Energiespeicher bei einer nicht ausreichend gegen Bewegungen gesicherten Befestigung neben einer fehleranfälligen elektrischen Versorgung auch eine Beschädigung des Energiespeichers nach sich ziehen.
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Um eine derartige Fixierung bzw. für die Kontaktierung notwendige Positionierung zu erreichen und beizubehalten, werden die Abmessungen des Haltesystems bis auf kleine Toleranzen an die Größe des Energiespeichers angepasst. Darüber hinaus werden typischerweise Federelemente eingesetzt, die zum einen den Energiespeicher mittels einer Vorspannkraft in der Halterung, z.B. einer Schale, halten und zum anderen elektrisch kontaktieren. Durch eine derartige Feder wird zudem ein Toleranzausgleich vorgenommen, so dass ein Einsetzen und ein Entnehmen durch das Zusammendrücken bzw. das reversible Stauchen der Feder möglich ist.
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Durch die starre Ausgestaltung mittels einer metallischen Feder wird jedoch nur ungenügend eine entsprechende Entkopplung des Haltesystems vom Energiespeicher bezüglich von außen eingebrachten Vibrationen und Schwingungen erreicht. Zur Vermeidung einer Geräuschentwicklung oder mechanischem Abrieb zwischen zwei sich berührenden Komponenten wird oft eine elastische Polsterung verwendet. Diese Polsterung reduziert und beschränkt eine Relativbewegungen beider Komponenten. Eine derartige elastische Polsterung kann als Schaumstoff oder weiches Element ausgeführt werden. Oft wird hierzu ein offenporiger Werkstoff für diese Funktion verwendet.
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Die Außengehäuse der verwendeten Akkumulatoren bzw. Batterien können aus einem metallischen Werkstoff und/oder aus einem elektrisch leitenden Werkstoff bestehen.
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Neben der mechanischen Fixierung ist auch die Vermeidung von elektrostatischen Aufladungen bzw. Entladungen zu berücksichtigen, die die elektrische Schaltkreise in der Ansteuerelektronik des Akkumulators/der Batterie oder am Gegenstück des Haltesystems beschädigen können. Zur Vermeidung von elektrischen Ausfällen durch elektrostatische Entladungen (kurz. ESD) können wichtige elektrische Komponenten mittels einer Erdung geschützt werden. Diese Erdung dient als Ableiter für elektrische Spannungen und fungiert gleichzeitig als Spannungsausgleich.
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Zur Kombination der beiden Funktionen mechanische Fixierung und wirksamer ESD-Schutz sind weiche und flexible leitfähige Schäume bekannt, die zudem gegenüber NE-Metallen selbst bei direktem oder Dampfkontakt nicht korrodieren. Derartige Materialien werden als Verpackungsmaterial für sensible elektronische Bauteile verwendet, um eine Schädigung während des Transportes auszuschließen.
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Mit der vorliegenden Erfindung soll eine Polsterung, z.B. ein Schaumstoff, beschrieben werden, welch eine elektrische Leitfähigkeit besitzt und zur Anwendung als Polsterung eines Akkumulators oder einer Batterie insbesondere im Fahrradbereich verwendet werden kann. Hierbei ist gerade die Anwendung bei in den Rahmen integrierte oder einbaubare Akkumulatoren/Batterien vorgesehen.
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Offenbarung der Erfindung
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Mit der Erfindung wird ein Polsterelement beansprucht, welches im Haltesystems eines Energiespeichers zum Einsatz kommen sollen. Somit sollen neben dem Polsterelement auch ein derartiges Haltesystem, in dem so ein erfindungsgemäßes Polsterelement sowie ein Fahrzeug, z.B. ein Zweirad, welches ein derartiges Haltesystem aufweist, beansprucht werden.
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Es ist vorgesehen, dass das erfindungsgemäße Polsterelement derart in das Haltesystem eingebracht wird, dass es sich bei eingelegtem Energiespeicher zwischen dem Haltesystem und dem Energiespeicher befindet. Weiterhin ist vorgesehen, dass das Polsterelement wenigstens einen flexiblen Bereich aufweist, der beim Einbringen des Energiespeichers in das Haltesystem gestaucht werden kann und im gestauchten Zustand eine der stauchenden Kraft entgegengesetzte Spannkraft auf den eingesetzten Energiespeicher ausübt. Weiterhin ist vorgesehen, dass das Polsterelement wenigstens einen elektrisch leitfähigen Bereich aufweist. Der Kern der Erfindung besteht dabei darin, dass der wenigstens eine elektrische Bereich elektrisch mit dem Rahmen verbunden ist.
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Durch eine derartige erfindungsgemäße Ausgestaltung des Polsterelement kann erreicht werden, dass das Polsterelement neben einer mechanischen Befestigung des Energiespeichers im Haltesystem zusätzlich im elektrisch leitfähigen Bereich einen Schutz vor elektrostatischer Aufladung bzw. Entladung ermöglicht. Hierdurch können gezielt bestimmte Bereiche des Energiespeichers oder des Haltesystems, in denen sich elektrischen Schaltungen befinden, geschützt werden.
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Bei der Ausgestaltung des Schutzes vor einer elektrostatischen Entladung kann auch vorgesehen sein, dass wenigstens zwei elektrisch leitfähige Bereiche des Polsterelements vorgesehen sind, die an unterschiedlichen Stellen angeordnet sind, um verschiedene elektrische Schaltungselemente zu schützen. So kann vorgesehen sein, dass ein elektrisch leitfähiger Bereich des Polsterelements entsprechende Betriebsschaltungen des Energiespeichers schützt und ein anderer elektrisch leitfähiger Bereich einer Schaltung des Haltesystems zugeordnet ist. Optional kann vorgesehen sein, dass jeder der elektrisch leitfähigen Bereiche separat mit dem Rahmen verbunden ist oder eine elektrische Verbindung zwischen den elektrisch leitfähigen Bereichen vorliegt.
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Besonders vorteilhaft ist eine Ausgestaltung des Polsterelements, bei dem wenigstens ein Teil des flexiblen Bereichs elektrisch leitfähig ist. Hierbei ist darauf zu achten, dass der flexible Bereich, der sich beim Einbringen des Energiespeichers in das Haltesystem stauchen lässt, seine elektrische Eigenschaft während des Stauchvorgangs beibehält. Es kann auch vorgesehen sein, dass das gesamte Polsterelement aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht oder eine elektrisch leitfähige Schicht aufweist. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass nur der elektrische Bereich eine elektrisch leitfähig und optional auch flexible Schicht aufweist.
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In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Polsterelement im elektrisch leitfähigen Bereich einen mechanischen, d.h. körperlichen Kontakt zum Energiespeicher aufweist. Durch diesen körperlichen Kontakt, insbesondere einen elektrischen Kontakt, können elektrostatische Ladungen, die sich auf oder an dem Energiespeicher befinden oder die durch die Handhabung des Energiespeichers beim Einbringen in das Haltesystem vom Fahrer auf den Energiespeicher übertragen, über das Polsterelement an den Rahmen abgeleitet werden. Entsprechend können auch elektrostatische Aufladungen, die sich am Rahmen oder Haltesystem gebildet haben, über das Polsterelement und den Energiespeicher beim Einsetzen an den Fahrer und somit die Erde abgeleitet werden.
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Das Polsterelement kann in Form einer Matte oder eines Netzes ausgebildet sein. Es kann punktuell am Haltesystem oder flächig am Energiespeicher angebracht sein.
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Der flexible Bereich ist derart ausgestaltet, dass er gestaucht werden kann, jedoch flexibel genug, dass er nach dem Ende des Stauchens bzw. des Entfernen des Energiespeichers im Wesentlichen wieder in seine Ausgangslage zurück kehrt.
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Das Polsterelement kann besonders wirkungsvoll bei Elektrofahrrädern eingesetzt werden. In diesem Fall wird verhindert, dass eine elektrostatische Entladung den Energiespeicher selber aber auch die Steuerung des Motors beschädigt. In einer besonderen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, den Innenraum eines zur Aufnahme des Energiespeichers vorgesehenen Rahmenelements wenigstens an einigen Stellen mit dem Polsterelement auszustatten. Dabei sind besonders solche Stellen relevant, bei denen Schaltungselemente des Haltesystems oder des Energiespeichers bei der Halterung des Energiespeichers zum Liegen kommen.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen Patentansprüchen.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Mit dem beanspruchten elektrisch leitfähigen Polsterelement soll die Geräuschentwicklung und der Abrieb zwischen zwei sich in relativer Bewegung befindlicher Teile verhindert oder zumindest verringert werden. Weiterhin soll das Polstermaterial elektrisch leitfähig sein. Durch diese elektrische Leitfähigkeit des Materials kommt es zu einer Vermeidung von Schäden an elektronischen Bauteilen durch Aufladungs- oder Entladungsströmen (ESD). Darüber hinaus kann das Polsterelement elektrisch mit dem Fahrradrahmen verbunden sein, so dass eine Erdung oder eine Ableitung der Spannung über den Fahrradrahmen erfolgt. Der so stattfindende Spannungsausgleich schützt die elektronischen Komponenten in der Ansteuerschaltung des Akkumulators bzw. der Batterie sowie des entsprechenden Anschlusselements in der Halterung des Akkumulators bzw. der Batterie.
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Das erfindungsgemäße Polsterelement kann insbesondere bei jeder Art von Energiespeicher (z.B. Akkumulator oder Batterie) für ein Elektrofahrrad verwendet werden. Hierbei kann das Polsterelement sowohl bei einer klassischen Anbringung des Energiespeichers am Fahrradrahmen oder am Gepäckträger als auch bei einer Integration des Energiespeichers in den Fahrradrahmen verwendet werden. Hierzu wird das Polsterelement zumindest an einer Seite zwischen dem Haltesystem des Energiespeichers und des Energiespeichers angebracht, um aufgrund seiner flexiblen Ausgestaltung eine Fixierung bzw. Arretierung zu erreichen. Gleichzeitig kann das so ausgestaltetet und zumindest in Teilen nachgiebige Polsterelement auch als Toleranzausgleichselement verwendet werden, um Toleranzen beim Einbau des Haltesystems sowie Fertigungstoleranzen des Energiespeichers zu kompensieren.
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Der wesentliche Kern des erfindungsgemäßen Polsterelements besteht dabei darin, dass es zumindest teilweise elektrisch leitfähig ist, so dass es einerseits als ESD Schutz dient und andererseits mittels einer elektrisch angebrachten Verbindung zum Fahrradrahmen dafür Sorge tragen kann, dass elektrische Spannungen und/oder Ströme nicht auf die sensiblen Schaltungen im oder am Energiespeicher übergehen. Weiterhin kann durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung verhindert werden, dass elektrische Spannung bzw. Ströme vom Energiespeicher an das Anschlusselement des Haltesystems übertragen werden, um dort oder bei den angeschlossenen Geräten (z.B. Motor oder Steuerungseinrichtungen) Schäden hervorzurufen. Um die elektrische Leitfähigkeit des Polsterelements zu erreichen, kann das Material des Polsterelements selbst elektrisch leitfähig sein. Zusätzlich oder als Alternative kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das Polsterelement wenigstens teilweise mit einer leitfähigen Schicht bedeckt ist. Hierbei ist jedoch darauf zu achten, dass diese leitfähige Schicht ebenfalls flexibel und wenigstens teilweise nachgiebig ist, um die mechanische Eigenschaft des Polsterelements bezüglich des Arretierens und des Fixierens ebenfalls zu ermöglichen. Es kann optional auch vorgesehen sein, die leitfähige Schicht auf dem Polsterelement nur auf den Bereichen aufzubringen, die die Anschlüsse und/oder in dem Energiespeicher vorhandene elektrische Schaltungen abdeckt. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Material des Polsterelements nur an diesen Bereichen leitfähig ausgestaltet ist.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass das Polsterelement getrennte Bereiche aufweist, die jeweils für die mechanische Befestigung/Arretierung und den Schutz vor ESD verwendet werden.
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Das Polsterelement kann zwischen dem Fahrradrahmen und dem Energiespeicher angeordnet werden. Hierbei kann es fest oder lösbar mit dem Haltesystem bzw. dem Fahrradrahmen verbunden sein. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Polsterelement die wesentlichen Teil des Energiespeichers umhüllt, z.B. bei der Form einen Einbauenergiespeichers in den Fahrradrahmen die seitlichen Wandungen sowie die Unterseite. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass der Energiespeicher komplett mit dem Polsterelement umhüllt ist, wobei lediglich für die elektrische Kontaktierung Öffnungen im Polsterelement vorgesehen sind.
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In einem besonderen Ausführungsbeispiel ist bei der Verwendung eines in den Rahmen einsetzbaren und somit integrierbaren Energiespeichers vorgesehen, dass die Innenwandung des Rahmens mit dem erfindungsgemäßen Polsterelement ausgestattet ist. Hierbei kann insbesondere vorgesehen sein, dass diese Ausstattung derart erfolgt, dass ein direkter Kontakt mit dem einzubringenden Energiespeicher erfolgt.
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Bei der Verwendung mehrere Polsterelemente an verschiedenen Stellen des Haltesystems des Energiespeichers kann vorgesehen sein, dass die Polsterelemente elektrisch miteinander verbunden sind oder jedes einzelne Polsterelement mit einer elektrischen Verbindung mit dem Rahmen verbunden ist.
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Das Polsterelement kann bei jeder Art von Haltesystem für einen Energiespeicher, insbesondere einen elektrischen Energiespeicher eingesetzt werden. Während das Polsterelement bei elektrischen Energiespeichern vor einer Zerstörung der elektrischen Schaltungen vor elektrostatischer Entladung (kurz ESD) schützt, kann der Energiespeicher insbesondere bei chemischen Speichern vor Funkenschlag aufgrund von elektrostatischer Auf- bzw. Entladung geschützt werden.