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Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Befestigung von elektrischen Energiespeichern in Zylinderform mit einer Halteeinrichtung und einem Klemmteil. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung der Vorrichtung in einer 12V-Bordnetzbatterie oder in einer 12V-Starterbatterie oder in einer 12V-Rekuperationsbatterie eines Fahrzeuges.
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Stand der Technik
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DE 24 51 331 hat eine galvanische Batterie mit einem Halter zum Gegenstand. Die Batteriezellen sind durch eine isolierende Trennwand voneinander getrennt. Diese Trennwand ist in verschiedenen Konfigurationen darstellbar, so dass zwei parallel zueinander angeordnete Rundzellen voneinander getrennt, jedoch gehalten sind. Die isolierende Trennwand kann einen X- oder einen nahezu H-förmigen Querschnitt aufweisen und ist bevorzugt zwischen den beiden parallel zueinander angeordneten Batterien eingesetzt.
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DE 10 2011 000 575 A1 bezieht sich auf eine Batterie, die eine Vielzahl von Rundzellen aufweist, die zueinander versetzt angeordnet sind. Jeweils drei der Batteriezellen begrenzen mit ihren Mantelflächen einen Zwischenraum. Dieser Zwischenraum kann zur Temperierung der Zellen genutzt werden. Die parallel zueinander angeordneten Rundzellen werden an ihrer Oberseite und an ihrer Unterseite an den dort ausgebildeten jeweiligen Polen miteinander kontaktiert.
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DE 10 2014 216 813 A1 bezieht sich auf einen Zellenverbinder sowie auf ein Batteriemodul, eine Batterie sowie ein Batteriesystem. Ein Zellenverbinder ist beispielsweise als Blechteil ausgebildet und umfasst einzelne seitlich abstehende Kontaktelemente. Ein Kontaktelement ist im Wesentlichen T-förmig ausgebildet, wobei die seitlich von diesem abstehenden Kontaktelemente in einer unterschiedlichen Höhe entsprechend der Positionierung der Rundzellen alternierend angeordnet sind.
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Auf dem Markt befindliche Lithium-Ionen Bordnetzbatterien sind entweder als prismatische Batteriezellen oder als Rundzellen ausgebildet.
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Darstellung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zur Befestigung elektrischer Energiespeicher in Zylinderform mit einer Halteeinrichtung und einem Klemmteil vorgeschlagen, wobei eine Anzahl elektrischer Energiespeicher in Aufnahmeöffnungen der Halteeinrichtungen eingesteckt ist und dort durch das Klemmteil fixiert ist.
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Dadurch kann ein einfaches Modulkonzept, welches nur einige wenige Bauteile benötigt, für die Befestigung von zwei oder mehr in Zylinderform ausgeführten elektrischen Energiespeichern geschaffen werden, welches sowohl innerhalb einer Bordnetzbatterie als auch in einer Starterbatterie Verwendung finden kann.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Vorrichtung weist die Halteeinrichtung eine Zentralöffnung auf, in der ein Einsteckabschnitt des Klemmteiles arretierbar ist.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltungsmöglichkeit der Vorrichtung ist die Halteeinrichtung derart ausgebildet, dass die Aufnahmeöffnungen durch Stege begrenzt sind, die im Bereich der Zentralöffnung in Führungsabschnitte übergehen. Dadurch kann eine Längspositionierung der elektrischen Energiespeicher in Zylinderform unterstützt und aufrechterhalten werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Vorrichtung sind die elektrischen Energiespeicher in der Halteeinrichtung paarweise in einer ersten Orientierung und in einer zweiten Orientierung fixiert. Die jeweilige Orientierung der elektrischen Energiespeicher bezüglich der zu kontaktierenden Pole am Boden oder am Kopf der als Rundzellen ausgebildeten elektrischen Energiespeicher ermöglicht eine individuelle Anpassung an jeweils herrschende Kontaktierungsmöglichkeiten.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Vorrichtung sind die Halteeinrichtungen und das Klemmteil im gefügten Zustand durch ein Befestigungselement und einen Gegenhalter gehalten. In vorteilhafter Weise kann dazu beispielsweise ein als Schraube dienendes Befestigungselement, welches mit einem als Mutter ausgebildeten Gegenhalter verbunden werden kann, eingesetzt werden.
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In einer alternativen Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Vorrichtung sind die Halteeinrichtungen und das Klemmteil miteinander vernietet oder in einer anderen Ausführungsvariante durch eine Clipgeometrie miteinander gefügt.
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Durch die Ausgestaltung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Vorrichtung wird die Anzahl elektrischer Energiespeicher in Zylinderform durch das in der Halteeinrichtung arretierte Klemmteil in einer definierten Längspositionierung gehalten.
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Eine bevorzugte Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Vorrichtung sieht vor, dass die Halteeinrichtung mit der Anzahl elektrischer Energiespeicher und das Klemmteil im gefügten Zustand gegeneinander vorgespannt sind. Dadurch kann auch bei Erschütterungen im Betrieb die Längspositionierung der in die Aufnahmeöffnung der Halteeinrichtung und dort arretierten elektrischen Energiespeicher in Zylinderform aufrechterhalten werden.
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Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Vorrichtung kann insbesondere Verwendung finden bei einer 12V-Bordnetzbatterie oder einer 12V-Starterbatterie oder einer 12V-Rekuperationsbatterie in einem Fahrzeug.
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Vorteile der Erfindung
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Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann in vorteilhafter Weise ein Modulkonzept für die Verbindung von zwei oder vier als Rundzellen ausgebildeten elektrischen Energiespeichern bereitgestellt werden. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Vorrichtung als Modulkonzept zeichnet sich durch die geringe Anzahl von benötigten Bauteilen aus, die überdies sehr einfach unter Aufrechterhaltung einer Längspositionierung durch Vorspannungskraftaufbau realisiert ist. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann eine definierte Längspositionierung der als Rundzellen ausgebildeten elektrischen Energiespeicher mit einem robusten Modulkonzept erreicht werden. Dadurch können LiT-elektrische Energiespeicher als Rundzellen, die im Vergleich zu prismatischen Batteriezellen einen günstigeren Einkaufspreis aufweisen, Verwendung finden. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Vorrichtung zeichnet sich durch eine einfache Montage idealerweise aus nur einer Montagerichtung aus.
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Beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Modulkonzept eines Batteriemodules lassen sich die einzelnen Bauteile um weitere Funktionen, insbesondere eine integrierte Flüssigkeitskühlung oder eine integrierte Flüssigkeitserwärmung, der einzelnen Batteriezellen im Einzelfall erweitern, so dass die Anwendungsvarianz erheblich vergrößert werden kann.
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Figurenliste
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Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Darstellung der Haltevorrichtung mit einer Anzahl um eine Zentralöffnung gruppierter Aufnahmeöffnungen,
- 2 eine perspektivische Ansicht des mit der Halteeinrichtung gemäß 1 zu fügenden Klemmteils,
- 3 eine Montagesequenz von elektrischen Energiespeichern in die Haltevorrichtung gemäß 1,
- 4 die Montage des Klemmteils zwischen Fixierung von elektrischen Energiespeichern in Zylinderform, eingesteckt in die Halteeinrichtung, und
- 5 einen Längsschnitt des kontaktierten elektrischen Energiespeichers.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
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1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer als Kunststoffspritzgussbauteil beispielsweise gefertigten Halteeinrichtung 10. Diese umfasst eine Zentralöffnung 12 um die herum eine Anzahl von Aufnahmeöffnungen 14 gruppiert ist, im vorliegenden Beispiel vier Aufnahmeöffnungen 14. An der Zentralöffnung 12 sind die Aufnahmeöffnungen 14 gruppiert und werden durch einzelne, kreisförmig verlaufende Stege 18 begrenzt. Im Bereich der Zentralöffnung 12, die im Zentrum der Halteeinrichtung 10 gemäß der perspektivischen Ansicht in 1 angeordnet ist, gehen die Aufnahmeöffnungen 14 begrenzenden, kreisförmig verlaufenden Stege 18 in einzelne Führungsabschnitte 16 über. Die Führungsabschnitte 16 erstrecken sich in Längsrichtung der Zentralöffnung 12.
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Die Halteeinrichtung 10 wird von einem Mantelabschnitt 20 begrenzt, um dessen Mitte ein Umlaufbund 22 verläuft. Die einzelnen Führungsabschnitte 16, die um die Zentralöffnung 12 der Halteeinrichtung 10 herum gruppiert sind, weisen einzelne Wangen 24 auf, welche wiederum die einzelnen Führungsabschnitte 16 seitlich begrenzen. In die Aufnahmeöffnungen 14, im Ausführungsbeispiel der Halteeinrichtung 10 gemäß 1 und 4, werden einzelne, vorzugsweise als Rundzellen ausgebildete elektrische Energiespeicher 34, 36, 38, 40, vgl. Darstellung gemäß 3 und 4, eingesteckt.
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2 zeigt in perspektivischer Ansicht ein ebenfalls als Kunststoffspritzgussbauteil hergestelltes Klemmteil 26. Das Klemmteil 26 weist entlang seines Umfanges analog zur Halteeinrichtung 10 seitlich abstehende Wangen 24 auf. Das Klemmteil 26 weist an seinem unteren Ende einen Einsteckabschnitt 28 auf, der mit einen Außendurchmesser 30 gefertigt ist. Der Außendurchmesser 30 am Einsteckabschnitt 28 des Klemmteiles 26 ist so gewählt, dass das Klemmteil 26 in die Zentralöffnung 12 der Halteeinrichtung 10 eingesteckt werden kann. Die Zentralöffnung 12 weist einen Innendurchmesser 32 auf, in den sich der Einsteckabschnitt 28, ausgebildet in dem Außendurchmesser 30, fügen lässt.
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Sowohl die in 1 in perspektivischer Ansicht dargestellte Halteeinrichtung 10 als auch das Klemmteil 26 werden bevorzugt als Kunststoffspritzgussbauteile gefertigt. Das Kunststoffspritzgießverfahren stellt ein Fertigungsverfahren dar, welches für Großserienproduktion geeignet ist.
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3 zeigt, dass in die Halteeinrichtung 10, bzw. deren um die Zentralöffnung 12 gruppierte Aufnahmeöffnung 14, einzelne elektrische Energiespeicher 34, 36, 38 und 40 eingesteckt werden. Aus der perspektivischen Ansicht gemäß 3 geht hervor, dass ein erster elektrischer Energiespeicher 34 in eine der Aufnahmeöffnungen 14 eingesteckt wird, wobei ein Boden 46 des ersten elektrischen Energiespeichers 34 nach oben zeigt. Dem gegenüber wird ein zweiter elektrischer Energiespeicher 36, ebenfalls als Rundzelle ausgebildet, mit seinem Kopf 44 zur Oberseite der Halteeinrichtung 10 zeigend, in eine entsprechende Aufnahmeöffnung 14 eingesteckt. Gleiches gilt für einen vierten elektrischen Energiespeicher 40, der ebenfalls mit seinem Kopf 44 zur Oberseite der Halteeinrichtung 10 gemäß der Darstellung in 3 weist. Wie aus 3 hervorgeht, sind die einzelnen Aufnahmeöffnungen 14 jeweils begrenzt durch kreisförmige Stege 18 an der Halteeinrichtung 10 durch den Mantelabschnitt 20 umschlossen.
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4 zeigt die Halteeinrichtung 10, in deren Aufnahmeöffnung 14 vier elektrische Energiespeicher 34, 36, 38, 40 jeweils ausgebildet als Rundzellen in Zylinderform eingesteckt sind. Aus 4 geht des Weiteren hervor, dass in dieser Bestückungsvariante der Halteeinrichtung 10 der erste elektrische Energiespeicher 34 und der dritte elektrische Energiespeicher 38 in einer ersten Orientierung 48 in die Aufnahmeöffnungen 14 eingesteckt sind. In der ersten Orientierung 48 weisen der erste elektrische Energiespeicher 34 sowie der dritte elektrische Energiespeicher 38 mit ihrem Boden 46 nach oben. Dem gegenüber sind der zweite elektrische Energiespeicher 36 sowie der vierte elektrische Energiespeicher 40 in einer zweiten Orientierung 50 in ihrer entsprechenden Aufnahmeöffnung 14 der Halteeinrichtung 10 eingesteckt. In der zweiten Orientierung 50 weisen der zweite elektrische Energiespeicher 36 sowie der vierte elektrische Energiespeicher 40 mit ihren Köpfen 44 nach oben. Demzufolge sind die elektrischen Energiespeicher 34, 36, 38, 40 gemäß der Darstellung in 4 paarweise in einer entgegengesetzten Positionierung in die Halteeinrichtung 10 eingelassen. Die Energiespeicher 34, 36, 38, 40 weisen jeweils einen Mantel 42 auf.
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Nach dem Einstecken der vier elektrischen Energiespeicher 34, 36, 38, 40 in die entsprechende Anzahl von Aufnahmeöffnungen 14 der Halteeinrichtung 10 wird, wie in 4 dargestellt, mittig das Klemmteil 26 montiert. Dies wird auf die Halteeinrichtung 10 im Bereich der Zentralöffnung 12 aufgeschoben, so dass der Einsteckabschnitt 28 in die Zentralöffnung 12 der Halteeinrichtung 10 einfährt und ein beispielsweise als Schraube ausgebildetes Befestigungselement 52 mit einem Gegenhalter 54, beispielsweise ausgebildet als Mutter, verbunden werden kann. Je nach Drehmoment, welches auf das Befestigungselement 52 ausgeübt wird, können die elektrischen Energiespeicher 34, 36, 38, 40 mit einer definierten Vorspannung in der Halteeinrichtung 10 durch das Klemmteil 26 in einer definierten Längspositionierung gehalten werden.
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4 zeigt, dass am Außenumfang des Klemmteiles 26 ebenfalls die Wangen 24 ausgebildet sind, korrespondierend zur Anzahl der Wangen 24, die an der Halteeinrichtung 10 um die Zentralöffnung 12 gruppiert sind.
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Anstelle der in 4 dargestellten Schraubverbindungsmöglichkeit zwischen einem als Schraube ausgebildeten Befestigungselement 52 und einem als Mutter ausgebildeten Gegenhalter 54, kann auch eine Nietverbindung zwischen dem Klemmteil 26 und der Halteeinrichtung 10 vorgesehen sein; des Weiteren wäre auch eine Clip-Geometrie denkbar, welche eine formschlüssige Verbindung zwischen der Halteeinrichtung 10 und dem Klemmteil 26 herstellt, möglich.
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5 zeigt einen Längsschnitt durch eine fertig montierte Einheit umfassend die Halteeinrichtung 10, das in deren Zentralöffnung 12 mit seinem Einsteckabschnitt 28 eingesteckte Klemmteil 26 sowie den ersten elektrischen Energiespeicher 34 und den diesem gegenüberliegenden vierten elektrischen Energiespeicher 40. Der Boden 46 des in der ersten Orientierung 48 in die Halteeinrichtung 10 eingesteckten ersten elektrischen Energiespeichers 34 wird durch eine zweite Kontaktfahne 60 kontaktiert. Der Kopf 44 des vierten elektrischen Energiespeichers 40 eingesteckt in die Halteeinrichtung 10 in der zweiten Orientierung 50 wird durch die erste Kontaktfahne 58 elektrisch kontaktiert. Aus der Längsschnittdarstellung gemäß 5 geht hervor, dass im montierten Zustand der Einsteckabschnitt 28 des Klemmteiles 26 in die Zentralöffnung 12 der Halteeinrichtung 10 eingefahren ist. In der in 5 dargestellten eingesteckten Position 56 sind die Halteeinrichtungen 10 und das in deren Zentralöffnung 12 eingesteckte Klemmteil 26 unter Aufrechterhaltung einer Vorspannung miteinander verbunden. Je nach Anzugsdrehmoment beispielsweise innerhalb einer Verschraubung aus dem Befestigungselement 52 und aus der als Gegenhalter 54 dienenden Mutter kann eine definierte Vorspannung zur Längspositionierung des ersten elektrischen Energiespeichers 34 und des vierten elektrischen Energiespeichers 40 eingestellt und aufrechterhalten werden. Der Mantel des vierten elektrischen Energiespeichers 40 ist mit Bezugszeichen 42 bezeichnet.
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Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung bietet ein, wenige Bauteile benötigendes, Modulkonzept zur Längspositionierung in unterschiedlichen Orientierungen 48 und 50 beispielsweise von vier elektrischen Energiespeichern 34, 36, 38, 40, die paarweise entgegengesetzt positioniert und kontaktiert sind. Eine derartige Vorrichtung umfassend die Halteeinrichtung 10 und das in der Zentralöffnung 12 eingesteckte Klemmteil 26 kann in vorteilhafter Weise bei 12V-Starterbatterien, bei 12V-LiT-Starterbatterien oder 12V-LiT-Bordnetzbatterien oder bei 12V-LiT-Rekuperationsbatterien von Fahrzeugen Verwendung finden.
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Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2451331 [0002]
- DE 102011000575 A1 [0003]
- DE 102014216813 A1 [0004]
