DE10217341A1 - Konischer Schraubenfederkontakt zum Minimieren des Batterie-Gerätekontaktwiderstands, der aus einer isolierenden Schmutzstoffschicht auf demselben stammt - Google Patents

Abstract

Ein konischer Schraubenfederbatteriekontakt zur Verwendung in einem Batteriefach, der eine isolierende Schmutzstoffschicht auf einem Anschluß einer Batterie, die im Batteriefach installiert ist, durchbricht. Der Schraubenfederkontakt ist so konstruiert und angeordnet, daß nur ein Batterieanschlußkontaktpunkt einen angrenzenden Anschluß einer Batterie, die im Batteriefach installiert ist, kontaktiert. Der Kontaktpunkt ist durch einen minimalen Oberflächenbereich einer oberen Endwindung des Schraubenfederkontakts definiert. Ein solcher konischer Schraubenfederkontakt minimiert den Kontaktwiderstand zwischen dem konischen Schraubenfederkontakt und dem Batterieanschluß aufgrund des Vorhandenseins einer solchen isolierenden Schmutzstoffschicht. Dies erhöht wiederum den Betrag der Batterieleistung und des Batteriestroms, der für das implementierende Gerät zur Verfügung steht. Das Batteriefach kann ein Gehäuse umfassen, das konfiguriert ist, um eine oder mehrere Batterien und einen konischen Schraubenfederkontakt der Erfindung aufzunehmen. Der konische Schraubenfederkontakt weist eine untere Endwindung auf, die an einer inneren Oberfläche des Gehäuses befestigt ist, eine obere Endwindung zum Kontaktieren eines Anschlusses einer installierten Batterie und eine Mehrzahl von konzentrischen Wicklungen auf, die zwischen der oberen und unteren Endwindung angeordnet sind. Die obere Endwindung bildet einen vordersten, exzentrischen Anschlußkontaktpunkt, um einen Anschluß einer ...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf Batterien und spezieller auf das Verringern eines Batterie­ anschlußkontaktwiderstands, der dem Vorhandensein einer isolierenden Schmutzstoffschicht auf den Batterieanschlüs­ sen zuzuschreiben ist.

Elektrische Geräte beziehen ihre Leistung im allgemeinen mittels einer oder mehrerer Batterien, die in einem Fach, das dem elektrischen Gerät zugeordnet ist, gehäust sind. Das Batteriefach ist typischerweise in das elektrische Ge­ rät integriert. Alternativ kann das Batteriefach entfernt von elektrischen Gerät mit einer Verbindung zu demselben über Leiterelemente, wie zum Beispiel elektrische Drähte, versehen sein.

Es gibt zahlreiche Typen von primären (nicht wiederauflad­ baren) und sekundären (wiederaufladbaren) Batterien. Troc­ kenbatterien (Trockenzellbatterien) sind in einer Anzahl von hinreichend bekannten Größen und Konfigurationen wie den standardisierten AAA-, AA-, C- und D-Batteriegrößen im Handel erhältlich. Miniaturbatterien, die auch als Uhr-, Platten-, Teller- und Knopfbatterien bezeichnet werden, sind ebenfalls in Standardgrößen erhältlich und werden im allgemeinen für Hörgeräte, elektrische Armbanduhren und an­ dere Geräte verwendet.

Trockenbatteriefächer weisen einen positiven Kontakt, im allgemeinen in Form eines planaren Streifens oder einer ko­ nischen Schraubenfeder zum elektrischen Kontaktieren des negativen Anschluß einer installierten Trockenbatterie auf. Ein negativer Kontakt, im allgemeinen in Form eines plana­ ren Streifens, ist in dem Fach zum elektrischen Kontaktie­ ren des positiven Anschluß einer installierten Trockenbat­ terie vorgesehen. Die planaren und vertieften, flachen Kon­ takte werden im allgemeinen in Miniaturbatteriefächern ver­ wendet. Wenn eine oder mehrere Batterien in solchen Batte­ riefächern installiert sind, dient das Gerät als eine elek­ trische Last, die über den Anschlüssen der installierten Batterien angeordnet ist.

Bei Fächern, die mehr als eine Trockenbatterie erfordern, sind die Batterien in einer Reihen- oder Parallelanordnung gehäust. Bei einer Reihenanordnung sind die Batterien "Kopf zu Ende" angeordnet, wobei die planare Oberfläche des posi­ tiven Anschlußknopfs, an die negative Anschlußfläche der vorderen benachbarten Batterie anstößt, wobei die Batterie parallele oder koexistierende längliche Achsen aufweist, das heißt, daß die Batterien eine gerade Linie bilden. In­ folgedessen werden Batterien, die in dieser Weise angeord­ net sind, als "linear ausgerichtet" bezeichnet.

Ein ausführlich dokumentiertes Problem bei Standard-, Troc­ ken-, Miniatur- und anderen Typen von Batterien ist die Oxidation und Sulfidierung der Batterieanschlüsse. Oxid- und Sulfidschichten entwickeln sich oft im Laufe der Zeit, wie zum Beispiel ab dem Zeitpunkt, wo die Batterien herge­ stellt werden, bis zu dem Zeitpunkt, wenn sie schließlich aufgebraucht sind. Zusätzlich kann unter bestimmten Umstän­ den und in bestimmten Umgebungen eine galvanische Korrosion der Batterieanschlüsse auftreten. Diese Oxid-, Sulfid- und korrosiven Filme sind Oberflächenschmutzstoffe, die den Batterieanschluß isolieren. Von spezieller Bedeutung für die vorliegende Erfindung ist der erhöhte Batteriekontakt­ widerstand, der durch diese isolierende Schmutzstoffschicht verursacht wird. Der Kontaktwiderstand ist der elektrische Widerstand der Batterieschaltung, der dem physischen Kon­ takt zwischen den benachbarten Batterien und zwischen den Batterien und dem Gerät zugeschrieben wird. Unter Umstän­ den, bei denen die Anschlüsse eine isolierende Schmutz­ stoffschicht aufweisen, kann der Kontaktwiderstand erheb­ lich sein, was wertvolle Batterieleistung verbraucht, ins­ besondere bei Hochstromanwendungen. Dies führt zu einer schnellen Verarmung der installierten Batterien, einer ab­ nehmenden Geräteverfügbarkeit und einem Anstieg der Rate, mit der die Batterien ausgetauscht oder wieder aufgeladen werden müssen. Ferner verringert ein solch hoher Kontaktwi­ derstand den maximal von den installierten Batterien zur Verfügung stehenden Strom, was bestimmte Batterieanordnun­ gen zur Verwendung bei Hochstromgeräten ungeeignet macht.

Zum Beispiel liefern zwei 1,2-Volt-Trockenbatterien, die in Reihe angeordnet sind, 2,4 Volt. Bei einer Hochstromanwen­ dung von 5 Ampere liefern die Batterien 12 Watt Leistung. Wenn der Kontaktwiderstand von nominalen 0,06 Ohm auf 0,2 Ohm aufgrund des Vorhandenseins einer isolierenden Schmutz­ stoffschicht an einem oder mehreren der Batterieanschlüsse ansteigt, steigt die Leistung, die beim Überwinden des Kon­ taktwiderstands verbraucht wird, von 1,5 auf 5 Watt an. In anderen Worten werden 40% der verfügbaren Leistung durch den Kontaktwiderstand verbraucht. Dies verringert die dem Gerät zur Verfügung stehende Leistung und Strom. Zusätzlich erwärmt die verlorene Leistung die Batterieanschlüsse und/oder Gerätekontakte in erheblichem Maße. Dies kann die Batterien beschädigen oder verschlechtern, das Batteriefach beschädigen und die Gefahr eines Brandes erhöhen.

Ein traditioneller Lösungsansatz zum Lösen dieses Problems ist, den Operator mit einem separaten, vertieften Blech­ stück zu versehen, das zwischen benachbarten, linear ausge­ richteten Batterien eingebracht ist. Dieser Lösungsansatz weist einige Nachteile auf. Zum Beispiel erhöht das zusätz­ liche Teil die Produktkosten. Es trägt auch zur Komplexität bei, wodurch es dem Benutzer erschwert wird, die Batterien schnell und einfach zu installieren. Der Benutzer muß eine erste Batterie installieren, das Blech zwischen dem Kontakt in der richtigen Position positionieren und dann die zweite Batterie einbringen, während das Blech in der richtigen Po­ sition gehalten wird. Daher werden solche zusätzlichen Tei­ le häufig in unangebrachter Weise verwendet oder falsch plaziert oder verloren oder überhaupt nicht verwendet.

Eine isolierende Schmutzstoffschicht auf dem Batteriean­ schluß erhöht auch den Kontaktwiderstand zwischen den Bat­ terien und dem Gerät. Die erste Batterie in einer Reihen­ batterieanordnung ist zum Beispiel so angeordnet, daß die planare Oberfläche ihres positiven Anschlußknopfs parallel zu und in Kontakt mit einem planaren negativen Streifenkon­ takt des Gerätes positioniert ist. Die letzte Batterie in der Reihenbatterieanordnung ist so positioniert, daß ihre planare negative Anschlußoberfläche parallel zu und in Kon­ takt mit einer planaren konischen Schraubenfederwicklung oder einem Kontaktstreifen verläuft. Herkömmliche konische Schraubenfederkontakte weisen eine Reihe von helischen Wicklungen auf, wobei sich die obere Wicklung auf einer Ebene befindet, die sich im wesentlichen parallel zu und in Kontakt mit der negativen Batterieanschlußoberfläche befin­ det. In ähnlicher Weise sind die Batterien bei Parallelan­ ordnungen jeweils positioniert, daß ihre positiven und ne­ gativen Anschlüsse die gegenüberliegenden Polungskontakte des Batteriefachs in ähnlichen Weise kontaktieren. Der pla­ nare Streifen und die planare, konische Schraubenfederwick­ lung können die isolierende Schmutzstoffschicht, die die Batterieanschlüsse bedeckt, nicht durchdringen.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schraubenfederbatteriekontakt zum Minimieren eines Kontakt­ widerstands, der sich durch eine Schmutzstoffschicht auf dem Anschluß gebildet hat, und ein Batteriefach zu schaf­ fen.

Diese Aufgabe wird durch einen Federkontakt gemäß einem der Ansprüche 1, 10 und 20 und ein Batteriefach gemäß Anspruch 19 und 26 gelöst.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen konischen Schraubenfederbatteriekontakt zur Verwendung in einem Bat­ teriefach, der eine isolierende Schmutzstoffschicht auf ei­ nem Anschluß einer Batterie, die in dem Batteriefach in­ stalliert ist, durchbricht. Ein solcher konischer Schrau­ benfederkontakt minimiert den Kontaktwiderstand zwischen dem konischen Schraubenfederkontakt und dem Batteriean­ schluß aufgrund des Vorhandenseins einer solchen isolieren­ den Schmutzstoffschicht. Dieser erhöht wiederum den Betrag der für das implementierende Gerät zur Verfügung stehenden Batterieleistung und des Batteriestroms.

Eine Anzahl von Aspekten der Erfindung ist nachstehend zu­ sammen mit unterschiedlichen Ausführungsbeispielen, die für jeden der zusammengefaßten Aspekte implementiert werden können, zusammengefaßt. Es wird darauf hingewiesen, daß die Ausführungsbeispiele einander nicht notwendigerweise ein- oder ausschließen und in einer Weise kombiniert werden kön­ nen, die keine Konflikte auslöst und anderweitig unabhängig davon, in Verbindung mit welchem Aspekt der Erfindung sie dargestellt werden, möglich ist. Es wird ebenfalls darauf hingewiesen, daß diese zusammengefaßten Aspekte der Erfin­ dung nur exemplarisch sind und als nicht einschränkend gel­ ten sollen.

Bei einem Aspekt der Erfindung wird ein konischer Schrau­ benfederkontakt zur Verwendung in einem Batteriefach offen­ bart. Der Schraubenfederkontakt ist so konstruiert und an­ geordnet, daß nur ein Batterieanschlußkontaktpunkt an einen angrenzenden (bzw. anstoßenden) Anschluß einer Batterie, die in dem Batteriefach installiert ist, anstößt, wobei der Kontaktpunkt durch einen minimalen Oberflächenbereich einer oberen Endwindung des Schraubenfederkontakts definiert ist.

Bei einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein konischer Schraubenfederkontakt zur Verwendung in einem Batteriefach zum Kontaktieren eines Anschlusses einer Batterie, die in dem Batteriefach installiert ist, offenbart. Der konische Schraubenfederkontakt ist mit einer oberen Endwindung kon­ struiert und angeordnet, die konfiguriert ist, so daß ein minimaler Oberflächenbereich der oberen Endwindung mit der installierten Batterie in Kontakt gelangt.

Bei noch einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Bat­ teriefach offenbart. Das Batteriefach umfaßt ein Gehäuse, das konfiguriert ist, um eine oder mehrere Batterien aufzu­ nehmen, und einen konischen Schraubenfederkontakt. Der ko­ nische Schraubenfederkontakt weist eine untere Endwindung auf, die an einer inneren Oberfläche des Gehäuses befestigt ist, eine obere Endwindung zum Kontaktieren eines Anschlus­ ses einer installierten Batterie und eine Mehrzahl von kon­ zentrischen Wicklungen, die zwischen den oberen und unteren Endwindungen angeordnet sind. Die obere Endwindung bildet einen vordersten, exzentrischen Anschlußkontaktpunkt, um einen Anschluß einer Batterie, die im Gehäuse installiert ist, zu kontaktieren.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils gleiche oder funktional gleichartige Elemente. Die erste oder die ersten beiden linken Stellen eines Bezugszeichens geben jeweils die Zeichnung an, in der ein Bezugszeichen erstmals erscheint.

Es zeigen:

Fig. 1A und 1B schematische Seitenansichten von zwei Trockenbat­ terien des Stands der Technik, die gemäß den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung angeordnet werden können.

Fig. 2A und 2B schematische Seitenansichten von Miniatur­ batterien des Stands der Technik, die gemäß den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung angeordnet werden können.

Fig. 3 ein schematisches Diagramm von zwei Trockenbatte­ rien in einer seriell ausgerichteten Anordnung, wobei sich ihre jeweiligen Längsachsen gemäß ei­ nem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin­ dung überschneiden.

Fig. 4 ein schematisches Diagramm von zwei Miniaturbat­ terien in einer seriell ausgerichteten Anordnung, wobei sich ihre jeweiligen Längsachsen gemäß ei­ nem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin­ dung überschneiden.

Fig. 5 eine Darstellung eines Gerätekontaktstreifens gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung.

Fig. 6 eine Drauf-, Vorder- und Seitenansicht eines konischen Schraubenfedergerätekontakts mit einem exzentrischen Kontaktpunkt gemäß einem Ausfüh­ rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Fig. 7A eine Drauf-, Vorder- und Seitenansicht eines ko­ nischen Schraubenfedergerätekontakts mit einem exzentrischen Kontaktpunkt gemäß einem alternati­ ven Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin­ dung.

Fig. 7B eine isometrische Ansicht eines konisch gewickel­ ten Federgerätekontakts mit mehr als einem exzen­ trischen Kontaktpunkt gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Fig. 8 eine Darstellung eines Trockenbatteriefachs, das Batterien in einer seriell ausgerichteten, über­ schneidenden Längsachsenanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hält.

Fig. 9 eine Darstellung eines Trockenbatteriefaches, das die Batterien in einer seriell ausgerichteten, überschneidenden Längsachsenanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hält.

Fig. 10 eine Darstellung eines Trockenbatteriefachs, das die Batterien in einer seriell ausgerichteten, überschneidenden Längsachsenanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hält.

Fig. 11A eine Darstellung eines Batteriefachs für Minia­ turbatterien, das die Batterien in einer seriell ausgerichteten, überschneidenden Längsachsenan­ ordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vor­ liegenden Erfindung hält.

Fig. 11B eine Darstellung eines Batteriefachs für Minia­ turbatterien, das die Batterien in einer seriell ausgerichteten, überschneidenden Längsachsenan­ ordnung gemäß einem alternativen Ausführungsbei­ spiel der vorliegenden Erfindung hält.

Fig. 12 ein schematisches Blockdiagramm eines Handscan­ ners mit einem Batteriefach gemäß einem Ausfüh­ rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren und eine Vorrichtung, die den Batterie-Batterie- und Batterie- Gerät-Kontaktwiderstand durch Durchbrechen oder Entfernen einer isolierenden Schmutzstoffschicht, die sich auf den Abschnitten der Batterieanschlüsse, die einander kontaktie­ ren oder die die Kontakte eines Batteriefachs kontaktieren, abgelagert hat, durchbrechen. Speziell ordnet die vorlie­ gende Erfindung Standard-Trockenzellen- und Miniaturbatte­ rien so an, daß ein minimaler Oberflächenbereich der An­ schlußkontakte einen benachbarten Batterieanschluß oder Ge­ räteanschluß kontaktiert. Eine gegebene Kompressionskraft, die auf die seriell ausgerichteten Batterien im Batterie­ fach ausgeübt wird, ergibt einen maximalen Kontaktdruck, der ausreicht, um die isolierende Schmutzstoffschicht, die sich auf der Oberfläche der angrenzenden Batterieanschlüsse und/oder des angrenzenden Batterieanschlusses und Geräte­ kontakts abgelagert hat, zu durchbrechen. Vorzugsweise wird eine relative seitliche Bewegung zwischen den benachbarten Batterien und/oder einem Batterie- und Gerätekontakt über­ tragen, wenn die Batterien im Batteriefach installiert sind, um das Durchdringen der isolierenden Schmutzstoff­ schicht zu erleichtern.

Die offenbarten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Er­ findung beziehen sich auf eine Batterieanordnung für zwei oder mehr Standard-Trockenzellen- oder Miniaturbatterien, wobei sich ihre jeweiligen Längsachsen in einem Winkel überschneiden, was bewirkt, daß die Batterien einander mit einem minimal zugreifbaren Oberflächenbereich von zumindest einem der Anschlüsse kontaktieren, wie z. B. die Kante ei­ nes positiven Anschlußknopfes einer Trockenbatterie oder eine Kante der positiven Umhüllung einer Miniaturbatterie. Indem ein Batterie-Batterie- und Batterie-Gerätekontakt an ausschließlich diesem Anschlußkantenbereich geschaffen wird, wird den Kontaktoberflächenbereich minimiert und der lokalisierte Kontaktdruck maximiert. Dies durchbricht die isolierende Schmutzstoffschicht an den kontaktierenden An­ schlußbereichen, wodurch der Kontaktwiderstand, der dersel­ ben zugeschrieben wird, verringert wird. Von Bedeutung ist, daß die resultierende Abnahme des Kontaktwiderstands ohne ein Rekonfigurieren der Batterien, das heißt, es werden im Handel erhältliche Standardbatterien verwendet, und ohne die Verwendung zusätzlicher Komponenten, wie zum Beispiel Federn oder vertieften Blechen, erreicht wird.

I. Einleitung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf einen koni­ schen Schraubenfederbatteriekontakt zur Verwendung in einem Batteriefach. Der konische Schraubenfederkontakt ist mit einer oberen Endwindung konfiguriert, die gebogen ist, um einen oder mehrere Anschlußkontaktbereiche mit einem mini­ malen Oberflächenbereich zum Kontaktieren eines Anschlusses einer angrenzenden Batterie zu bilden. Die/der Kontaktbe­ reich/e liefert/n jeweils für eine gegebene Kompressions­ kraft einen Kontaktpunkt, der einen Druck überträgt, der ausreicht, um eine isolierende Schmutzstoffschicht auf dem angrenzenden Batterieanschluß zu durchbrechen. Vorzugsweise weist der konische Schraubenfederkontakt eine Rotationsach­ se auf, die durch die Wicklungen mit dem/den Anschlußkon­ taktpunkt/en, die/der lateral von der Achse versetzt ist/sind, definiert ist. Dies bewirkt, daß sich die Berei­ che der Wicklungen in diese laterale Richtung mehr als die anderen Bereiche der Wicklungen ansprechend auf eine axiale Kompressionskraft, die durch eine angrenzende Batterie aus­ geübt wird, komprimieren. Dies bewirkt wiederum, daß sich die/der Anschlußkontaktpunkt/e weiter in die laterale Rich­ tung verschieben/t, während die Kontaktfeder komprimiert wird. Während dies geschieht, schaben/t die/der Anschluß­ kontaktpunkt/e am Anschluß der installierten Batterie, wo­ durch jede isolierende Schmutzstoffschicht, die auf dem Batterieanschluß abgelagert ist, im wesentlichen entfernt wird.

II. Batteriebeschreibung

Eine Batterie, die manchmal auch als elektrische Zelle be­ zeichnet wird, ist ein Gerät, das chemische Energien in Elektrizität umwandelt. Eine Batterie, wie sie hierin ver­ wendet wird, kann aus einer Zelle alleine sowie aus zwei oder mehr Zellen bestehen, die in einer einzigen Umhüllung in Reihe oder parallel geschaltet sind. Jede Zelle besteht aus einer Flüssigkeit, einer Paste oder einem festen Elek­ trolyt, einer positiven Elektrode und einer negativen Elek­ trode. Das Elektrolyt dient als ionischer Leiter, wobei ei­ ne der Elektroden mit dem Elektrolyt reagiert, um Elektro­ nen zu erzeugen, während die andere Elektrode die Elektro­ nen aufnimmt. Wenn die Batterie mit einer Last verbunden ist, zum Beispiel, wenn sie in einem Gerätebatteriefach in­ stalliert ist, bewirkt diese Reaktion, daß Strom von der Batterie fließt und Leistung verbraucht wird. Obwohl die vorliegende Erfindung bei vielen Typen von wiederaufladba­ ren und nicht wiederaufladbaren Batterien angewendet und betrieben werden kann, wird die vorliegende Erfindung, nur um sie leichter verständlich zu machen, in Verbindung mit zwei oder mehr Batterien des üblichen Typs, Trockenbatteri­ en und Miniaturbatterien erörtert. Solche Batterien weisen unterschiedliche Chemien auf, wie zum Beispiel Lithium-Ion, Nickel-Kadmium, Nickel-Metall-Hydrid, wiederaufladbares Al­ kali und andere.

A. Trockenbatterien

Eine perspektivische Ansicht von zwei üblicherweise erhält­ lichen Standard-Trockenbatterien ist in Fig. 1A und 1B vor­ gesehen. Die Trockenbatterien 100A und 100B werden gemein­ sam und im allgemeinen als Trockenbatterien 100 oder ein­ fach als Batterie oder Batterien 100 bezeichnet. Die Troc­ kenbatterien 100 können entweder primäre oder sekundäre Batterien sein. Die primären Batterien sind Batterien, bei denen die Elektrolyte nicht in ihre ursprüngliche Form zu­ rückversetzt werden können, sobald die in der Batterie ge­ speicherte Energie in einen Strom umgewandelt worden ist, das heißt, daß sie nicht wiederaufladbar sind. Primäre Bat­ teriezellen wurden ursprünglich als Leclanché-Zelle zu Eh­ ren ihres Erfinders, des französischen Chemikers Georges Leclanché, bezeichnet, der die Trockenbatterie in den sech­ ziger Jahren des neunzehnten Jahrhunderts erfand. Weitere Bezeichnungen, die diesem Typ von Batterie verliehen wur­ den, umfassen zum Beispiel Taschenlampenbatterie, galvani­ sche Batterie, alkalische Batterie, etc. Die Trockenbatte­ rien 100 können auch sekundäre Batterien sein. Die sekundä­ ren Batterien können durch Umkehren der chemischen Reaktion in der Batterie wieder aufgeladen werden, das heißt, daß sie wiederaufladbar sind. Eine solche Batterie wurde 1859 durch den französischen Physiker Gaston Plante erfunden. Die chemische Zusammensetzung von wiederaufladbaren und nicht wiederaufladbaren Trockenbatterien 100, von denen ei­ nige oben aufgeführt wurden, ist hinreichend bekannt und wird hierin nicht weiter beschrieben.

Größe und Konfiguration von primären Trockenbatterien und in jüngster Zeit auch von sekundären Trockenbatterien wer­ den durch die ANSI-Standards spezifiziert und sind in den standardisierten AAA-, AA-, C- und D-Batteriegrößen im Han­ del erhältlich. Als solche ist ein gemeinsames Merkmal von allen solchen Trockenbatterien 100 ihre Konfiguration. Fig. 1A und 1B sind Seitenansichten von zwei Trockenbatterien 100A und 100B des Stands der Technik, die die Spezifikatio­ nen für eine Trockenbatterie der Größe "C" erfüllen. Die Trockenbatterien 100 umfassen eine zylindrische Hülle oder Umhüllung 108, die einen Kopfbereich 102 und einen Endbe­ reich 104 definieren. Ein positiver Anschluß 106 ist am Kopfbereich 102 angeordnet, während ein negativer Anschluß 108 am Endbereich 104 angeordnet ist. Die interne Konfigu­ ration und Chemie von Trockenbatterien 100 variiert und ist in der Technik hinreichend bekannt. Auf jeden Fall ist der positive Anschluß 106 jedoch ein geformter zylindrischer Vorsprung, der sich von der Umhüllung 110 erstreckt und der im allgemeinen als ein Knopf bezeichnet wird. Der Anschluß­ knopf 106 weist eine gebogene oder parabolische Kante 112 auf, während die obere Oberfläche 114 des positiven An­ schlußknopfs 106 im wesentlichen planar ist. Eine Längsach­ se 118 erstreckt sich durch die Batterien 100 vom negativen Anschluß 108 zum positiven Anschluß 106. Die planaren Ober­ flächen 116 und 114 verlaufen orthogonal zu den Längsachsen 118. Die Höhe oder Dicke 120 des positiven Anschlußknopfs 106 variiert, die durch die beiden veranschaulichenden Bat­ terien 100A und 100B gezeigt ist.

Beispiele der vorstehenden Batterien sind von der Firma Du­ racell, Inc. und Eveready Battery Company, Inc. erhältlich. Die DURACELL®-Batterien werden unter www.duracell.com be­ schrieben, während die EVEREADY®-Batterien ausführlich un­ ter www.eveready.com beschrieben werden. (DURACELL ist ein eingetragenes Warenzeichen der Firma Duracell Inc., einer Division von The Gillette Company. Eveready ist ein einge­ tragenes Warenzeichen der Eveready Battery Company, Inc.). Weil die Abmessungen dieser und anderer Trockenbatterien standardisiert worden sind und durch die ANSI-Standards spezifiziert sind, sind die Abmessungen solcher Batterien innerhalb der vorgegebenen Toleranzen unabhängig vom Her­ steller im wesentlichen die gleichen.

Fig. 2A und 2B sind Drauf- und Seitenansichten von zwei Ausführungsbeispielen von weiteren üblichen Batterien, die heutzutage verwendet werden, und hierin als Miniaturbatte­ rie 200 bezeichnet werden (die zusammen und im allgemeinen als Miniaturbatterie 200 oder einfach als Batterie oder als Batterien 200 bezeichnet werden). Die Miniaturbatterie 200 wird ebenfalls als eine Uhren-, Münz-, Knopf-, Platten-, Teller- und Quecksilberbatterie bezeichnet. Heutzutage ist die Miniaturbatterie 200 üblicherweise mit Chemien, wie zum Beispiel Quecksilber, Lithium, Mangandioxid, Silberoxid etc., erhältlich.

II. Miniaturbatterien

Miniaturbatterien 200 werden in Form einer kleinen flachen Platte, z. B. zur Verwendung in Hörgeräten, photoelektri­ schen Zellen und elektrischen Armbanduhren, hergestellt. Eine Miniaturbatterie 200 umfaßt eine plattenförmige Hülle oder Umhüllung 210, die einen Kopfbereich 202 und einen Endbereich 204 definiert. Ein positiver Anschluß 206 ist am Endbereich 204 positioniert, während ein negativer Anschluß 208 am Kopfbereich 202 positioniert ist. Die interne Konfi­ guration von Miniaturbatterien gilt als in der Technik hin­ reichend bekannt und wird hierin nicht weiter beschrieben. Die Höhe oder Dicke 220 der Miniaturbatterien 200 variiert, wie durch die zwei darstellenden Batterien 200A und 200B gezeigt ist. Der negative Anschluß 208 kann eine kleine zy­ lindrische, erhöhte Oberfläche sein, wie zum Beispiel bei der Batterie 200A gezeigt ist, oder sie kann wie bei Batte­ rie 200B mit der Oberfläche bündig sein. Bei der Batterie 200B erstreckt sich der negative Anschluß 208 nicht zur Pe­ ripherie der Batterieumhüllung 210. Wie in der Draufsicht gezeigt ist, ist er ein im wesentlichen kreisförmiger Be­ reich mit einem Durchmesser von etwas weniger als dem Durchmesser der Batterieumhüllung 210. Wie bei den Trocken­ batterien 100 sind die obere Oberfläche 216 des negativen Anschlusses 208 und die Oberfläche 214 des positiven An­ schlusses 206 im wesentlichen planar. Jede Batterie 200 weist eine Achse 218 durch ihre Mitte auf, die sich vom po­ sitiven Anschluß 206 zum negativen Anschluß 208 erstreckt. Die planaren Oberflächen 214, 216 verlaufen im wesentlichen orthogonal zur Längsachse 218.

III. Batterieanordnungen

Batteriefächer, die momentan erhältlich sind, beinhalten heutzutage eine oder mehrere Batterien entweder in einer seitlich benachbarten oder seriell ausgerichteten Weise. Bei der lateral benachbarten Anordnung sind die Batterien jeweils mit einem positiven und negativen Gerätekontakt verbunden, während die Batterien bei der seriell ausgerich­ teten Anordnung mit ihren Längsachsen parallel oder oder koextensiv zueinander ausgerichtet. Die Batterien dieser letzteren herkömmlichen Anordnung werden hierin als "linear ausgerichtet" miteinander bezeichnet, das heißt, sie bilden eine gerade Linie. Bei beiden Anordnungen verlaufen die Längsachsen einer installierten Batterie ebenfalls parallel oder koextensiv mit einer mittleren Achse des konischen Schraubenfederkontakts und einem orthogonalen Oberflächen­ vektor des Gerätestreifenkontakts. Solche Anordnungen schreiben vor, daß herkömmliche Trockenbatterien 100 und Miniaturbatterien 200 planare Oberflächen 114, 116, 214, 216 aufweisen, die aneinander und/oder an eine planare Spu­ lenwicklung oder einen Streifengerätekontakt anstoßen. Wie vorstehend angemerkt wurde, kann der Kontaktwiderstand zwi­ schen linear ausgerichteten Batterien aufgrund des Vorhan­ denseins einer isolierenden Schmutzstoffschicht, die sich an den Batterieanschlüssen abgelagert hat, erheblich sein. Ein ähnliches Phänomen tritt auch zwischen den Batteriean­ schlüssen und den Gerätekontakten auf. Bei herkömmlichen Lösungsansätzen wie jenen, die zuvor erwähnt wurden, werden solche vorhandenen Batteriefächer typischerweise mit zu­ sätzlichen Teilen aufgerüstet, die konzipiert sind, um den Kontaktwiderstand zwischen den benachbarten, linear ausge­ richteten Trockenbatterien zu verringern. Wie vorstehend angemerkt wurde, tragen solche Zusatzteile zur Komplexität des Batteriefachs bei und werden häufig unrichtig oder überhaupt nicht verwendet.

Im Gegensatz zu solchen Lösungsansätzen umfaßt die vorlie­ gende Erfindung ein Batteriefach, in dem eine oder mehrere Batterien angeordnet sind, so daß ein minimaler Oberflä­ chenbereich ihrer jeweiligen Anschlüsse einander kontaktie­ ren. Spezieller hat der Erfinder herausgefunden, daß beste­ hende Trockenbatterien 100 und Miniaturbatterien 200 eine Kante auf zumindest einem ihrer Anschlüsse aufweisen, der durch einen planaren, entgegengesetzt gepolten Anschluß ei­ ner benachbarten Batterie Zugriff bietet. Speziell, unter erneuter Bezugnahme auf Fig. 1A und 1B, weisen die positi­ ven Anschlüsse 106 der Trockenbatterien 100, wie bereits angemerkt wurde, eine gebogene oder parabolische Kanten­ oberfläche 112 um die Peripherie der planaren positiven An­ schlußoberfläche 114 auf. Da der positive Anschlußknopf 106 von dem Kopfabschnitt 102 und dem Rest der positiven An­ schlußoberfläche erhöht ist, kann durch einen planaren, entgegengesetzt gepolten Batterieanschluß oder Gerätekon­ takt, der nicht parallel zu der planaren Oberfläche 114 des positiven Anschlusses 106 verläuft, auf die Kante 112 zuge­ griffen werden. Unter erneuter Bezugnahme auf die Fig. 2A und 2B umfaßt ein positiver Anschluß 206 der Miniaturbatte­ rien 200 eine Umhüllung mit einer zugänglichen Kante 212. Die Kante 212 ist, wie vorstehend angemerkt wurde, eine ge­ bogene oder parabolische Oberfläche um die Peripherie der planaren positiven Anschlußoberfläche 214. Weil die Kante 212 sich auf der Peripherie der Batterieumhüllung befindet, ist die Kante 212 ein Bereich der positiven Anschlußober­ fläche, auf den durch einen planaren, entgegengesetzt ge­ polten Batterieanschluß oder Gerätekontakt, der nicht par­ allel zur planaren Oberfläche 214 des positiven Anschlusses 206 verläuft, zugegriffen werden kann.

Die Batteriefächer, die gemäß der vorliegenden Erfindung konfiguriert sind, ordnen die installierten Batterien mit den Anschlußkanten 112, 212 so an, daß sie der einzige Kon­ taktpunkt zwischen den positiven Batterieanschlüssen 106, 206 und den entsprechenden negativen Anschlüssen 108, 208 sind. Durch Ausnutzen der Anschlußkante 112, 212 verringert die vorliegende Erfindung den Kontaktbereich zwischen be­ nachbarten Batterien im Vergleich zu den planaren Kontakt­ oberflächen 114 und 116 und liefert einen erheblichen loka­ lisierten Kontaktdruck zwischen den benachbarten Batterien 100, 200. Dieser Kontaktdruck ist beträchtlich größer als der Kontaktdruck, der durch herkömmlichen Batterieanordnun­ gen geliefert wird, die der gleichen Kompressionskraft un­ terzogen werden. Der Hochdruck-Kontaktpunkt durchbricht ei­ ne isolierende Schmutzstoffschicht an den Anschlüssen 106, 108, 206 und 208. Dies verringert wiederum den Kontaktwi­ derstand zwischen den benachbarten Batterien, die in einem Batteriefach der vorliegenden Erfindung installiert sind.

Bei bestimmten Ausführungsbeispielen wird der Kontaktwider­ stand zwischen den installierten Batterien und den Geräte­ kontakten ebenfalls in ähnlicher Weise verringert.

Fig. 3 und 4 sind Darstellungen von zwei Trockenbatterien bzw. zwei Miniaturbatterien, die gemäß verschiedener Aus­ führungsbeispiele der vorliegenden Erfindung angeordnet sind. Fig. 5 ist ein schematisches Diagramm eines Geräte­ kontakts und einer Trockenbatterie, die gemäß einem weite­ ren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung angeord­ net sind. Unter Bezugnahme auf Fig. 3 sind zwei Trockenbat­ terien 100, die in Fig. 3 zur Erleichterung der Bezugnahme als Batterien 302A und 302B bezeichnet sind, gemäß der vor­ liegenden Erfindung angeordnet. Speziell ist die Trocken­ batterie 302A vor der Trockenbatterie 302B positioniert. Ein Anschlußkontaktpunkt 304 ist der einzige Kontaktpunkt zwischen dem positiven Anschluß 106 der Batterie 302B und dem negativen Anschluß 108 der Batterie 302A. Der Anschluß­ kontaktpunkt 304 ist der Bereich der positiven Anschlußkan­ te 112, die eine planare Oberfläche 116 des negativen An­ schlusses 108 kontaktiert. Um dies zu erreichen, sind die Trockenbatterien 302 so angeordnet, daß sich ihre Längsach­ sen 118A und 118B bei einem vorbestimmten Winkel 308 einan­ der überschneiden. Der Winkel 308 reicht von einem Winkel, der größer als der ist, bei dem die planaren Oberflächen 114, 116 wie bei herkömmlichen Anordnungen (das heißt null Grad) parallel zueinander verlaufen, und einem Winkel, der kleiner ist als der, bei dem die Umhüllungen 110 einander kontaktieren und die Trennung der Anschlüsse 106, 108 (was mit den Abmessungen der Trockenbatterien 100 variiert) be­ wirken.

In ähnlicher Weise sind, unter Bezugnahme auf die Miniatur­ batterieanordnung, die in Fig. 4 dargestellt ist, zwei Mi­ niaturbatterien 200, die in Fig. 4 zur Erleichterung der Bezugnahme als Batterien 402A und 402B bezeichnet sind, ge­ mäß der vorliegenden Erfindung angeordnet. Speziell ist die Minibatterie 402A vor der Miniaturbatterie 402B positio­ niert. Ein Anschlußkontaktpunkt 404 ist der einzige Kon­ taktpunkt zwischen dem positiven Anschluß 206 der Batterie 402B und dem negativen Anschluß 208 der Batterie 402A. Der Anschlußkontaktpunkt 404 ist der Bereich der positiven An­ schlußkante 212, der die planare Oberfläche 216 des negati­ ven Anschlusses 208 kontaktiert. Um dies zu erreichen, wer­ den die Miniaturbatterien 402 so angeordnet, daß ihre Längsachsen 218A und 218B einander in einem vorbestimmten Winkel 408 überschneiden. Der Winkel 408 reicht von einem Winkel, der größer als der ist, bei dem die planaren Ober­ flächen 214, 216 parallel zueinander verlaufen (das heißt null Grad) und einem Winkel von weniger als 90°.

Wie nachstehend ausführlich beschrieben ist, übertragen die Batteriefächer der vorliegenden Erfindung auch eine relati­ ve laterale Bewegung zwischen benachbarten Batteriean­ schlüssen und/oder zwischen einem Batterieanschluß und ei­ nem Gerätekontakt, wenn die Anschlüsse und/oder Kontakte miteinander in Kontakt gelangen, vorzugsweise, während sie unter einer Kompressionskraft stehen. Diese ist in den Fig. 3 und 4 durch Pfeile dargestellt. Unter Bezugnahme auf Fig. 3 kann sich eine Batterie 302 in die Richtung des Pfeils 310 oder 312 bewegen, während die andere Batterie 302 sta­ tionär bleibt oder sich in die entgegengesetzte Richtung 310, 312 bewegt. Bei solchen Aspekten der Erfindung wird die isolierende Schmutzstoffschicht, die sich auf den An­ schlüssen abgelagert hat, zerstört oder auf andere Weise durch die resultierende Kontaktwischaktion durchdrungen. Ein solches Batteriefach ist so konfiguriert, daß die Bat­ terien seriell ausgerichtet sind und sich die Gerätekontak­ te an gegenüberliegenden Enden der installierten Batterien befinden. Die Entfernung zwischen den entgegengesetzt ge­ polten Gerätekontakten beträgt weniger als die der Gesamt­ länge der Batterien, die dazwischen installiert sind. Wenn die Batterien im Batteriefach installiert sind, werden die Batterien gegen die Gerätekontakte gepreßt. Die Gerätekon­ takte unterziehen sich einer elastischen Verformung, wo­ durch ein Raum bereitgestellt wird, der notwendig ist, um den Batterien zu ermöglichen, im Batteriefach installiert zu werden. Anschließend üben die Gerätekontakte eine Feder­ kraft entlang der Längsachse der Batterien aus, wenn sich die Batterien in ihrer installierten Position im Batterie­ fach befinden. Diese Federkraft komprimiert die Batterien zueinander, wodurch sichergestellt wird, daß die Anschluß- Anschluß- und die Anschluß-Gerätekontakte beibehalten wer­ den. Eine solche relative laterale Bewegung kann während der Installation oder zu einem anschließenden Zeitpunkt, wie zum Beispiel ansprechend auf die Aktivierung eines me­ chanischen Schalters, abhängig vom Ausführungsbeispiel und der Anwendung, hervorgerufen werden.

Fig. 5 ist ein schematisches Diagramm eines Kontaktstrei­ fens, der gemäß der vorliegenden Erfindung konfiguriert ist, und das eine Implementierung darstellt, um den Batte­ rie-Gerätekontaktwiderstand zu verringern. Unter Bezugnahme auf Fig. 5 ist in einem Trockenbatteriefach 500, das gemäß der vorliegenden Erfindung konfiguriert ist, ein negativer Kontaktstreifen 502 so angeordnet, um mit der Oberfläche 114 des positiven Batterieanschlusses 106 nicht parallel zu verlaufen. Vielmehr ist der Geräteanschlußstreifen 502 so positioniert, um nur die positive Anschlußkante 112 einer installierten Batterie 100 zu kontaktieren. Dies schafft einen Kontaktpunkt 304 zwischen dem positiven Batteriean­ schluß 106 und dem negativen Geräteanschluß 502, der einen größeren Kontaktdruck überträgt als er ansonsten bei her­ kömmlichen Anordnungen übertragen werden würde. Die relati­ ven Winkel und weiteren Konfigurationsdetails können ohne weiteres von Fachleuten mit durchschnittlicher Qualifikati­ on anhand der Abmessungen der Batterie 100 bestimmt werden.

IV. Konischer Schraubenfederkontakte

Fig. 6 umfaßt Seiten-, Drauf- und Vorderansichten eines ko­ nischen Schraubenfederkontakts gemäß einem Aspekt der vor­ liegenden Erfindung. Der konische Schraubenfederkontakt 600 verringert oder eliminiert den Kontaktwiderstand zwischen einem Batterieanschluß und einem konischen Schraubenfeder­ kontakt 600, indem ein Hochdruck-Kontaktpunkt und vorzugs­ weise eine Kontaktwischaktion, die eine isolierende Schmutzstoffschicht an einem angrenzenden Batterieanschluß durchbricht, abschabt oder anderweitig entfernt, geschaffen wird.

Ein konischer Schraubenfederkontakt 600 der vorliegenden Erfindung weist eine Reihe von Wicklungen oder Schrauben­ gängen 602 auf. Bei dem Ausführungsbeispiel, das in Fig. 6 gezeigt ist, weisen die Wicklungen 602 jeweils einen Durch­ messer auf, der zu einer unteren Endwindung 614 größer und zu einer oberen Endwindung 608 kleiner ist. Infolgedessen weist der Schraubenfederkontakt 600 eine näherungsweise ko­ nische Form auf. Bei alternativen Ausführungsbeispielen va­ riiert der Durchmesser von jeder Wicklung 602 nicht wesent­ lich oder variiert anders als der, der in Fig. 6 gezeigt ist. Wie in Fig. 6 gezeigt ist, weisen die Wicklungen eine mittlere Rotationsachse 104 auf. Die Achse der konischen Schraubenfeder verläuft vorzugsweise parallel oder koexten­ siv mit der Achse 118, 218 der angrenzenden Batterie 100, 200.

Die untere Endwindung 614 definiert eine untere Fläche 612, während die obere Endwindung 608 eine obere Fläche 606 des konischen Schraubenfederkontakts 600 definiert. Typischer­ weise ist die untere Fläche 612 an einem Bereich eines im­ plementierenden Batteriefachs oder einer Schaltungsplatine befestigt, während die obere Fläche 606 eine Batterie 100, 200, die in demselben installiert ist, kontaktiert. Im Ge­ gensatz zu den herkömmlichen konischen Schraubenfederkon­ takten, die bei Kompression einen bündigen Kontakt zwischen der Oberfläche entlang der Länge der oberen Wicklung und der Anschlußoberfläche beibehalten, ist der konische Schraubenfederkontakt 600 mit einer oberen Endwindung 608 konfiguriert, die gebogen ist, um einen Anschlußkontaktbe­ reich 610 zum Kontaktieren des negativen Anschlusses 108, 208 der Trockenbatterie 100 oder der Miniaturbatterien 200 zu bilden. Der Kontaktbereich 610 stellt für eine beliebige Kompressionskraft einen Kontaktpunkt bereit, der einen Druck überträgt, der ausreicht, um eine isolierende Schmutzstoffschicht auf den angrenzenden Batterieanschlüs­ sen zu durchbrechen.

Ferner ist der Kontaktpunkt 610 exzentrisch, das heißt, der Kontaktpunkt 610 ist lateral von der Achse 604 der koni­ schen Schraubenfeder 600 beabstandet. Infolgedessen ver­ schiebt sich der Kontaktpunkt 610 lateral von seiner ge­ zeigten Position in die Richtung der Exzentrizität 616, während eine Batterie 100, 200 den konischen Schraubenfe­ derkontakt 600 komprimiert. Dies überträgt eine laterale Gleitbewegung an den angrenzenden Batterieanschluß, der ei­ nen wesentlichen Bestandteil von jeder existierenden iso­ lierenden Schmutzstoffschicht abschabt. Zusätzlich, wie vorstehend bemerkt wurde, liefert der Kontaktpunkt 610 an­ schließend einen Kontaktpunkt, der einen Druck überträgt, der ausreicht, um jede verbleibende isolierende Schmutz­ stoffschicht zu durchbrechen.

Der konische Schraubenfederkontakt 600 ist vorzugsweise aus einem hochleitenden Material gebildet und ist vorzugsweise unitär. Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist eine Anschluß­ leitung (nicht gezeigt) am entfernten Ende 620 des koni­ schen Schraubenfederkontakts 600 in hinreichend bekannter Weise angebracht. Zum Beispiel wird bei einem Ausführungs­ beispiel ein Standard-Quetsch-Verbinder (bzw. Crimp- Verbinder) verwendet. Bei einem weiteren Ausführungsbei­ spiel wird die Anschlußleitung auf die konische Schrauben­ feder 60 unter Verwendung von einem von Tausenden von be­ kannten Verfahren gelötet. Bei einem weiteren Ausführungs­ beispiel wird eine elektrisch leitende Muffe mit der koni­ schen Schraubenfeder 600 sicher verbunden. Die Muffe weist einen inneren Durchmesser auf, der ausreicht, um die An­ schlußleitung zu empfangen und zu halten.

Dies steht in Kontrast zu herkömmlichen Verfahren, die die Anschlußleitung mit dem gegenüberliegenden Ende des koni­ schen Schraubenfederkontakts verbinden, das heißt, der un­ teren Endwindung 614. Dieser herkömmliche Lösungsansatz ist einheitlich implementiert worden, weil die untere Endwin­ dung 614 der Abschnitt der herkömmlichen Federkontakte ist, der mit der gedruckten Schaltungsplatine oder dem Batterie­ fach verbunden wird. Im Gegensatz dazu verringert die vor­ liegende Erfindung den beträchtlichen Bahnwiderstand von konischen Schraubenfederkontakten erheblich. Ein typischer konischer Schraubenfederkontakt eines AA-Batteriefachs ver­ wendet zum Beispiel 140 bis 150 mm der Länge eines Drahts mit einem Durchmesser von 0,81 mm. Der Widerstand eines solchen Schraubenfederkontakts beträgt näherungsweise 0,211 Ohm, 0,527 Ohm, 0,337 Ohm und 0,039 Ohm, wenn das Federkon­ taktmaterial rostfreier 302-Stahl, Saitendraht, Be-Cu C172000 bzw. Phosphorbronze 521 ist. Die vorliegende Erfin­ dung verringert die Länge des Schraubenfederkontakts, durch den der Strom von den näherungsweise 140 bis 150 mm zu den näherungsweise 4 mm durch Verbinden der Anschlußleitung mit dem entfernten Ende 620 fließt. Dies verringert wiederum den Bahnwiderstand des konischen Schraubenfederkontakts für jedes der oben erwähnten Materialien auf 0,0055 Ohm, 0,0139 Ohm, 0,0044 Ohm bzw. 0,001 Ohm. Ferner kann der konische Schraubenfederkontakt, der dieses Merkmal der vorliegenden Erfindung implementiert, anstelle von herkömmlichen Strei­ fen- oder Blattfederbatteriekontakten aufgrund des verrin­ gerten Bahnwiderstands verwendet werden. Eine solche Anwen­ dung ist kostenwirksam, weil die Schraubenfederkontakte er­ heblich kostengünstiger herzustellen sind als herkömmliche vertiefte Blattfedern, die üblicherweise bei herkömmlichen Batteriefächern verwendet werden. Die Ausrüstung zur Her­ stellung des konischen Schraubenfederkontakts ist zum Bei­ spiel beträchtlich kostengünstiger als die Blech- Formgebungsvorrichtung und die verwandte Ausrüstung zum Herstellen von Blattfedern. Zusätzlich wird während des Herstellungsprozesses ein Minimum an Material verschwendet. Ferner wird für jeden Typ von Kontakt weniger Material ver­ wendet.

Fig. 7A umfaßt eine Seiten-, Drauf- und Vorderansicht eines konischen Schraubenfederkontakts gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie bei der konischen Schraubenfeder 600 verringert oder eliminiert der konische Schraubenfederkontakt 700 den Kontaktwiderstand zwischen einem angrenzenden Batterieanschluß und dem koni­ schen Schraubenfederkontakt 700 durch Liefern eines Hoch­ druck-Kontaktpunkts auf, der eine isolierende Schmutzstoff­ schicht auf dem Kontakt 700 und dem angrenzenden Batterie­ anschluß durchbricht, abschabt oder anderweitig entfernt.

Der konische Schraubenfederkontakt 700 weist eine Reihe von Wicklungen oder Schraubengänge 702 auf. Bei dem in Fig. 7A gezeigten Ausführungsbeispiel weist der konische Schrauben­ federkontakt 700 eine konische Form auf, obwohl er auch an­ dere Konfigurationen aufweisen kann. Wie in Fig. 7A gezeigt ist, weisen die Wicklungen 702 eine mittlere Rotationsachse 704 auf.

Eine untere Endwindung 714 definiert eine untere Fläche 712, die konzipiert ist, um an einem Bereich eines imple­ mentierenden Batteriefachs befestigt zu werden, während ei­ ne obere Endwindung 708 die obere Fläche 706, die eine Bat­ terie 100, 200 kontaktiert, definiert. Der konische Schrau­ benfederkontakt 700 ist mit einer oberen Endwindung 708 konfiguriert, die gebogen ist, um einen exzentrischen An­ schlußkontaktpunkt 712 zum Kontaktieren des negativen An­ schlusses 108, 208 der Trockenbatterie 100 oder der Minia­ turbatterien 200 zu bilden. Der exzentrische Kontaktpunkt 710 verlagert sich seitlich in die Richtung der Exzentrizi­ tät 716, während die Feder 700 komprimiert wird, wodurch eine seitliche Gleitbewegung zum angrenzenden Batteriean­ schluß geschaffen wird und woraufhin ein Hochdruck- Kontaktpunkt geliefert wird, der eine isolierende Schmutz­ stoffschicht auf dem angrenzenden Batterieanschluß durch­ brechen kann.

Unter erneuter Bezugnahme auf Fig. 6 wird der Kontaktpunkt 610 des konischen Schraubenfederkontakts 600 mit einer obe­ ren End-Haarnadelwindung 608 gebildet. Wie gezeigt ist, wird das entfernte Ende 620 der Spule 600 zur untere Fläche 612 entlang der Achse 604 gelenkt. Der Schraubenfederkon­ takt 700 (Fig. 7) zeigt ein alternatives Ausführungsbei­ spiel. Der Kontaktpunkt 710 des konischen Schraubenfeder­ kontakts 700 ist mit einer leichten Biegung in der oberen Endwindung 708 gebildet. Der Scheitelpunkt dieser Biegung bildet den Kontaktpunkt 710. Fachleute mit Durchschnitts­ qualifikation werden darauf hingewiesen, daß der konische Schraubenfederkontakt bei alternativen Ausführungsbeispie­ len andere Konfigurationen aufweisen kann, die einen exzen­ trischen Kontaktpunkt an der oberen Fläche 606, 706 schaf­ fen.

Fig. 7B ist eine isometrische Ansicht eines konischen Schraubenfederkontakts mit mehr als einem exzentrischen Kontaktpunkt gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel des Schraubenfederkontakts der vorliegenden Erfindung. Der konische Schraubenfederkontakt 750 verringert oder elimi­ niert den Kontaktwiderstand zwischen einem angrenzenden Batterieanschluß und einem konischen Schraubenfederkontakt 750, indem mehrere Hochdruck-Kontaktpunkte 752 geschaffen werden, von denen jeder eine isolierende Schmutzstoff­ schicht am Kontaktpunkt 752 und dem angrenzenden Batterie­ anschluß durchbricht und vorzugsweise abschabt.

Der konische Schraubenfederkontakt 750 ist ähnlich den Kon­ takten 600 und 700 konstruiert. Folglich werden ähnliche Einzelheiten hierin nicht weiter beschrieben. Im Gegensatz zu den Kontakten 600 und 700 ist jedoch der konische Schraubenfederkontakt 750 mit einer oberen Endwindung 756 mit Biegungen konfiguriert, die drei exzentrische Anschluß­ kontaktbereiche 752A-752C auf einer oberen Fläche 754 zum Kontaktieren eines angrenzenden Batterieanschlusses bilden. Die relative Position auf der oberen Endwindung 756 von je­ dem Anschlußkontaktpunkt 752 kann ausgewählt werden, um die seitliche Verschiebung, die vorstehend unter Bezugnahme auf die Kontakte 600 und 700 angemerkt wurde, zu verhindern oder hervorzurufen.

V. Batteriefächer A. Batteriefächer für Trockenzellen

Wie angemerkt wurde, sind bei einem Trockenbatteriefach der vorliegenden Erfindung die Trockenbatterien mit den Längs­ achsen der benachbarten Batterien ausgerichtet, die sich in einem Winkel überschneiden, was dazu führt, daß der Hoch­ druck-Kontaktpunkt der positiven Anschlußkante den planaren negativen Anschluß der benachbarten Batterie kontaktiert. Ein solches Batteriefach kann eine Anzahl von Konfiguratio­ nen aufweisen, von denen einige nachstehend beschrieben sind.

Fig. 8 ist eine Darstellung eines Trockenbatteriefachs ge­ mäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Batteriefach 800 umfaßt ein Gehäuse 802, das konfigu­ riert ist, um zwei Trockenbatterien 814A und 814B in einer seriell ausgerichteten Anordnung zu empfangen. Die Trocken­ batterie 814A befindet sich in einer Vorwärtsposition des Fachs 800, während sich die Trockenbatterie 814B in einer Rückwärtsposition befindet. Das Gehäuse 802 umfaßt eine Ge­ häusebasis 804 mit einer Gehäusetür 806, die zusammen einen inneren Bereich des Fachs 800 definieren.

Die Gehäusebasis 804 umfaßt einen Basisboden 812 mit einer einstückigen hinteren Seitenwand 808 und einer vorderen Seitenwand 810. An der hinteren Seitenwand 808 ist eine ko­ nische Schraubenfeder 600 befestigt. Die konische Schrau­ benfeder 600 kontaktiert einen negativen Anschluß 104 der Batterie 814B. Am konischen Schraubenfederkontakt 600 ist eine elektrische Anschlußleitung 828 angebracht. An der vorderen Seitenwand 810 ist ein feststehender, kuppelförmi­ ger Kontakt 820 zum elektrischen Verbinden des positiven Anschlusses 106 der vorderen Batterie 814A befestigt. Eine Anschlußleitung 826 ist mit dem Kontakt 820 elektrisch ver­ bunden. Zusammen versorgen die Anschlußleitungen 828 und 826 das Wirtsgerät mit Strom. Der feststehende, kuppelför­ mige Kontakt 820 weist vorzugsweise mehrere Kontaktkuppeln auf, wobei jede einen kleinen Radius aufweist, um einen ge­ ringen Kontaktwiderstand zu liefern. Bei einem Ausführungs­ beispiel sind die Kuppeln eng zueinander beabstandet und weisen einen Einführungswinkel auf, der verhindert, daß der positive Anschluß 106 in der Gehäusebasis 804 unbeabsich­ tigt einbehalten wird. Die konische Schraubenfeder 600 weist die Struktur auf und führt die Funktionen aus, wie jene, die oben angemerkt wurden, während der feststehende, kuppelförmige Kontakt herkömmlich ist. Es wird jedoch dar­ auf hingewiesen, daß sowohl der feststehende, kuppelförmige Kontakt 820 als auch der konische Schraubenfederkontakt 600 durch Kontakte ersetzt werden kann, die andere Konfigura­ tionen aufweisen.

Bei dem in Fig. 8 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Batterien 814 in der voll installierten Position ge­ zeigt, wobei der Winkel 308 zwischen ihren Längsachsen 118 (Fig. 1) näherungsweise 7 Grad beträgt. Es wird jedoch dar­ auf hingewiesen, daß dieser Winkel lediglich als Beispiel dient und daß die Batterien 815 so angeordnet werden kön­ nen, daß der Winkel 308 zwischen ihren Längsachsen irgend­ ein anderer Winkel ist. Bei diesem darstellenden Ausfüh­ rungsbeispiel wird dieser Winkel durch Befestigen der Bat­ terien 814 an einem Boden, der unterschiedliche Neigungen aufweist, beibehalten. Wie gezeigt ist, weist der Gehäuse­ boden 812 einen Bereich mit einer Oberfläche, die die Bat­ terie 814A stützt, und einen zweiten Bereich mit einer Oberfläche, die die Batterie 814B stützt, auf. Die Oberflä­ che des Gehäusebodens 812 in jedem dieser Bereiche weist einen relativen Winkel und eine Konfiguration auf, um die Batterien 814 mit ihren Längsachsen in der gewünschten Überschneidungsanordnung beizubehalten.

Der Gehäuseboden 812 umfaßt elastische Stützen 816A und 816B zum Stützen der Batterien 814A bzw. 814B. Die elasti­ schen Stützen 816A und 816B befinden sich jeweils im Kanal 830A bzw. 830B. In einem unkomprimierten Zustand weisen die Stützen 816 eine Höhe auf, die etwas größer als die Tiefe des jeweiligen Kanals 830 ist, der sich über der Oberfläche des Gehäusebodens 812 erstreckt. Die elastischen Stützen 816 sind aus einem elastomeren oder anderen flexiblen Stützmaterial gefertigt. Anfänglich werden die Batterien 814 lose in der Gehäusebasis 804 angeordnet. Zuerst wird die Batterie 814A gegen den feststehenden Kontakt 820 in­ stalliert. Nach dem Installieren ruht die Batterie 814A auf der elastischen Stütze 816A, ist vorübergehend von der Oberfläche des Gehäusebodens 812 erhöht. Die vordere Sei­ tenwand 810 umfaßt einen freitragenden Überstand 818, der sich über der Position erstreckt, wo die Batterie 814A an­ geordnet werden soll. Der Überstand 818 bietet dem Operator eine führende Oberfläche zum Installieren der Batterie 814A. Anschließend wird die Batterie 814B gegen die koni­ sche Schraubenfeder 600 installiert, wobei ihr positiver Anschluß 106 auf dem negativen Anschluß 104 der Batterie 814A ruht. In dieser Position ruht die Batterie 814B auf der elastischen Stütze 816B, ist vorübergehend vom Boden 812 erhöht.

Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel werden die ela­ stischen Stützen 816 durch flache Federn mit einer Kuppel ersetzt, die sich durch eine Öffnung im Gehäuseboden 812, näherungsweise an der Position der Kanäle 830, die in Fig. 8 gezeigt sind, erstrecken. Bei solchen Ausführungsbeispie­ len kann die Feder wärmegefügt oder anderweitig an der äu­ ßeren Oberfläche der Gehäusebasis 804 befestigt sein. Vor­ zugsweise ist eine solche Feder entweder aus Kunststoff ge­ fertigt oder mit einer nicht elektrisch leitenden Beschich­ tung beschichtet. Wenn sie als Federn implementiert sind, sollten die elastischen Stützen 816 einander nicht kontak­ tieren, um zu verhindern, daß die Federn einen leitfähigen Weg liefern, sollten die installierten Batterien 814 ein Loch oder einen anderen Defekt aufweisen.

Die Gehäusetür 806 umfaßt eine starre Struktur 822, an der ein Batteriekompressionsbauglied 822 befestigt ist. Das Batteriekompressionsbauglied 824 ist konfiguriert, um eine Kompressionskraft auf die Batterien 814 auszuüben, wenn die Tür 806 geschlossen ist. Wenn die Tür 806 geschlossen ist, wird die Batterie 814A gegen den Gehäuseboden 812 gerückt, wodurch die elastische Stütze 816A komprimiert wird. Zu­ sätzlich wird die Batterie 814A ferner gegen den festste­ henden Kontakt 820 gedrückt. Dies bewirkt eine relative seitliche Bewegung zwischen dem positiven Anschluß 106 der Batterie 814A und dem feststehenden Kontakt 820. Wenn dies vorgenommen wird, während eine Kraft auf den Kontakt 820 ausgeübt wird, durchbricht der Kontakt 820, wie bereits an­ gemerkt wurde, im wesentlichen jede isolierende Schmutz­ stoffschicht, die sich auf dem positiven Anschluß 106 abge­ lagert hat. Das offenbarte Ausführungsbeispiel des Kompres­ sionsbauglieds 824 ist nicht leitfähig, da es beide instal­ lierten Batterien 814 gleichzeitig kontaktiert. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel könnten Federn oder andere flexible Elemente verwendet werden. Es sollte jedoch klar sein, daß, wenn ein leitendes Material verwendet wird, die­ ses als zwei Elemente implementiert werden soll, von denen jedes eine Batterie 814 kontaktiert, um die Einrichtung ei­ nes leitenden Wegs zwischen den zwei Batterieumhüllungen zu verhindern.

In ähnlicher Weise, während die Tür 806 geschlossen ist, übt das Batteriekompressionsbauglied 824 eine Kompressions­ kraft auf die Batterie 814B aus, wodurch die Batterie 814B gegen die konische Schraubenfeder 600 und gegen die elasti­ sche Stütze 816B gedrückt wird, um schließlich auf dem Ge­ häuseboden 812 zu ruhen. Aufgrund der axialen Kraft, die durch die konische Schraubenfeder 600 ausgeübt wird, schabt der positive Anschluß 106 der Batterie 814B auf der Ober­ fläche des negativen Anschlusses 104 der Batterie 814A, während die Batterie 814B zum Boden 812 hin bewegt wird. Dies bewirkt eine relative Seitenbewegung zwischen dem po­ sitiven Anschluß 106 der Batterie 814B und dem negativen Anschluß 104 der Batterie 814A sowie zwischen dem negativen Anschluß 104 der Batterie 814B und dem konischen Schrauben­ federkontakt 600. Wie bereits angemerkt wurde, wird dadurch ein beträchtlicher Anteil einer beliebigen isolierenden Schmutzstoffschicht, die sich auf dem positiven Anschluß 106 und dem negativen Anschluß 104 der Batterie 814B abge­ lagert hat, weggewischt oder abgeschabt.

Wie in Fig. 8 gezeigt ist, befinden sich die Punkte, an de­ nen eine solche Kompressionskraft ausgeübt wird, an den Kopf- und Endbereichen der Batterien 814. Wie für einen Fachmann mit Durchschnittsqualifikation offensichtlich ist, sind die Positionen, an denen eine solche Kompressionskraft ausgeübt wird, die Sequenz, in der die Kraft ausgeübt wird, während die Tür 806 geschlossen ist, und ähnliche Betriebs­ merkmale von einer Anzahl von Faktoren abhängig. Diese Fak­ toren umfassen zum Beispiel die Anzahl von Batterien 814 im Batteriefach 800, die Konfiguration der installierten Bat­ terien, die Art und Weise, in der die Gehäusetür 806 in die Gehäusebasis 804 eingreift etc. Bei einem speziellen Aus­ führungsbeispiel ist die Gehäusetür 806 mit der Gehäuseba­ sis 804 gelenkig verbunden und umfaßt eine Verriegelung zum Befestigen des einen Teils an das andere. Es wird darauf hingewiesen, daß die Gehäusetür 806 ausreichend fest ist, daß, wenn sie sich in ihrer geschlossenen Position befin­ det, die Tür 806 die Batterien 814 in die Gehäusebasis 804 treibt, wie vorstehend, unabhängig von den Variation bei Batterietoleranzen beschrieben wurde.

Fig. 9 ist eine Seitenansicht eines alternativen Ausfüh­ rungsbeispiels eines Batteriefachs der vorliegenden Erfin­ dung. Das Batteriefach 900 weist ein gebogenes Gehäuse 902 auf, das zwei Trockenbatterien 100 in einer linear ausge­ richteten, überschneidenden Achsenanordnung beinhaltet. Ein kuppelförmiger Kontakt 908 ist an der mit einer Verriege­ lung versehenen Tür 904 befestigt, um den positiven An­ schluß 106 einer Batterie 100 in einer Position 914A zu kontaktieren, wenn die Tür 904 mit dem Gehäuse 902 verrie­ gelt ist. Ein konischer Schraubenfederkontakt 600 ist auf der entfernten inneren Oberfläche des Gehäuses 902 ange­ bracht, um den negativen Anschluß 104 der Trockenzelle 100 in einer Position 914B zu kontaktieren. Die Anschlußleitun­ gen 910 und 912 sind mit dem konischen Schraubenfederkon­ takt 600 bzw. dem kuppelförmigen Kontakt 908 verbunden.

Das Fachgehäuse 902 ist so gebogen, daß die Batterien 100 einander kontaktieren, wie in Fig. 3 dargestellt und nach­ stehend beschrieben ist. Während die Türe 904 geschlossen ist und die Trockenzelle 914A gegen die Trockenzelle 914B getrieben wird, bewirkt eine Feder 906 oder ein anderes verformbares Material, das sich im Gehäuse 902 befindet, eine relative Seitenbewegung der Trockenzellen 914. Unter der anfänglichen Kompressionskraft verformt sich die Feder 906, wodurch der Trockenzelle 914A ermöglicht wird, sich weiter in das Gehäuse 902 zu bewegen. Die Trockenzelle 914A gleitet dann in Richtung des Pfeils 916 nach unten. Dies bewirkt, daß eine relative Seitenbewegung zwischen den Bat­ terien 914A und 914B auftritt. Eine solche Seitenbewegung bewirkt, daß die Kante 112 der Trockenzelle 914B die iso­ lierende Schmutzstoffschicht auf dem negativen Anschluß 104 der Trockenzelle 914A durchschabt.

Es wird darauf hingewiesen, daß weitere Mechanismen mit ge­ wölbtem Gehäuse 902 implementiert werden können, um eine gewünschte relative Seitenbewegung zwischen den Batterien 914A und 914B zu bewirken. Zum Beispiel wird bei einem al­ ternativen Ausführungsbeispiel ein Schiebeschalter am Ge­ häuse 902 benachbart zum Endbereich 104 der Batterie 914A angebracht. Der Schiebeschalter bewegt sich in einem Schlitz im wesentlichen parallel zu den Längsachsen der Batterien 914. Ein oberer Abschnitt des Schiebeschalters ist auf dem Äußeren des Gehäuses 902 für manuellen Zugriff sowie Steuerung angeordnet. Ein abgeschreckter Vorsprung des Schiebeschalters ist im Inneren des Gehäuses 902 be­ nachbart zur Batterie 914A angeordnet. Während sich der Schiebeschalter entlang dem Schlitz von einer vorderen Po­ sition (zur verriegelten Tür 909) zu einer hinteren Positi­ on (zum konischen Schraubenfederkontakt 600) bewegt, wird ein größerer Anschnitt des abgeschrägten Bereichs zwischen dem Endbereich 104 der Batterie 914A und der inneren Ober­ fläche des Gehäuses 902 angeordnet. Dies bewirkt eine nach unten gerichtete Kraft in die Richtung des Pfeils 916, wo­ durch die Batterie 914A in eine Abwärtsrichtung repositio­ niert wird. Dies bewirkt, daß zwischen den Batterien 914A und 914B eine relative Seitenbewegung auftritt. Wie ange­ merkt wurde, bewirkt eine solche Seitenbewegung, daß die Kante 112 einen wesentlichen Abschnitt der isolierenden Schmutzstoffschicht durchschabt. Vorzugsweise ist der Schiebeschalter aus einem oder mehreren nicht leitenden Ma­ terialien gefertigt, um zu verhindern, daß der Schiebe­ schalter die Isolierung auf der Batteriehülle durchbricht und einen Kurzschluß bewirkt.

Fig. 10 ist eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungs­ beispiels eines Batteriefachs der vorliegenden Erfindung. Das Batteriefach 100 umfaßt ein Muschelschalengehäuse 1002. Das Gehäuse 1002 ist in Längsrichtung in zwei Hälften ge­ teilt: eine untere Hälfte 1002 zum Aufnehmen der Batterien 914 und eine obere Hälfte 1006, die mit der unteren Hälfte 1004 gelenkig verbunden ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird auf die installierten Batterien durch den Betrieb des Muschelschalengehäuses 1002 eine relative Seitenbewegung ausgeübt. Die untere Gehäusehälfte 1004 empfängt die Batte­ rien 914 in einer teilweise installierten Position. Die obere Hälfte 1006 umfaßt nicht leitende Erweiterungen 1010, wie zum Beispiel Gummiständer, die sich von ihrer inneren Oberfläche zur unteren Hälfte 1004 erstrecken. Da die obere Gehäusehälfte 1004 um die Gelenke 1008 von einer offenen Position in eine geschlossene Position gedreht werden, ge­ langen die Erweiterungen 1010 mit den Batterien 914 in Kon­ takt, wodurch auf die Batterien 914 in die Richtung 916 ei­ ne Kraft ausgeübt wird. Diese Kraft drückt die unteren Hälfte 1004 der Batterie 914B in die konische Schraubenfe­ der 600. Während die konische Schraubenfeder 600 kompri­ miert wird, dreht sich die Trockenzelle 914B leicht, was bewirkt, daß die Kante 112 des positiven Anschlusses 906 der Trockenzelle 914B gewaltsam gegen die Oberfläche des negativen Anschlusses 104 der Trockenzelle 914A unter einer Kraft bewegt wird, die durch den konischen Schraubenfeder­ kontakt 600 ausgeübt wird.

8. Batteriefächer für Miniaturbatterien

Fig. 11A ist eine schematische Darstellung eines Batterie­ fachs 1100 für Miniaturbatterien gemäß einem Ausführungs­ beispiel der vorliegenden Erfindung. Bei diesem speziellen Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse 1102 konfiguriert, um drei Miniaturbatterien 1104A-1104C zu empfangen. Wie ge­ zeigt ist, sind die Batterien 1104 so angeordnet, daß die Kanten 212 der Batterien 1104B und 1104C einen Hochdruck- Kontaktpunkt gegen die Oberflächen 216 der Miniaturbatterie 1104A bzw. 1105C schaffen. Diese neuartige Anordnung wurde vorstehend unter Bezugnahme auf Fig. 4 vorgestellt und be­ schrieben.

Es wird darauf hingewiesen, daß der im Gehäuse 1102 für je­ de Batterie 1104 vorgesehene Raum ausreicht, um die maxima­ le Größe einer Batterie und die minimale Größe einer be­ nachbarten Batterie zu berücksichtigen. Als solche können die Kanten 212 die Oberfläche 216 an unterschiedlichen Po­ sitionen abhängig von den speziellen Batterien, die instal­ liert sind, kontaktieren. Um geringfügigen Einstellungen Rechnung zu tragen, um solche Abweichungen bei den Batteri­ en 1104 zu realisieren, sieht das Gehäuse 1102 eine Ecke 1108 vor, bezüglich der die Miniaturbatterie 1104B schwenk­ bar ist. Zusätzlich ist zwischen den Batterien 1104 und der inneren Oberfläche des Gehäuses 1102 ein Raum vorgesehen.

Bei dem in Fig. 11A gezeigten Ausführungsbeispiel ist im Batteriefach 1100 ein kuppelförmiger Gerätekontakt 1104A angebracht, um den positiven Anschluß 206 der Miniaturbat­ terie 1102A zu kontaktieren. Während die Miniaturbatterie 1104B gegenüber der Ecke 1108 schwenkt, variiert der Punkt, an dem sie die Oberfläche 216 der Miniaturbatterie 104A kontaktiert. Folglich ist der kuppelförmige Kontakt 1104A vorzugsweise ein Kontakt mit weit voneinander beabstandeten Kuppeln, um sicherzustellen, daß die Batterie 1102A gegen die Batterie 1102B gehalten wird. Ein weiterer kuppelförmi­ ger Kontakt 1106B ist im Fach 1100 vorgesehen, um den nega­ tiven Anschluß 208 der Miniaturbatterie 1104C zu kontaktie­ ren. Der kuppelförmige Kontakt 1106B sollte ebenfalls eine ausreichende Größe aufweisen, um einen angemessenen elek­ trischen Kontakt zwischen demselben und der benachbarten Batterie 1106C unabhängig von den Größenabweichungen der installierten Batterien 1104 sicherzustellen. Es wird eben­ falls darauf hingewiesen, daß entweder der eine oder der andere oder beide kuppelförmigen Kontakte 1106 durch einen konischen Schraubenfederkontakt 600, 700 der vorliegenden Erfindung, wie vorstehend beschrieben wurde, ersetzt werden können.

Fig. 11B ist eine Darstellung eines Batteriefachs 1150 für Miniaturbatterien gemäß einem alternativen Ausführungsbei­ spiel der vorliegenden Erfindung. Wie gezeigt ist, sind die Batterien 1154 so angeordnet, daß die Kanten 212 einen Hochdruck-Kontaktpunkt gegen die Oberflächen 216 einer be­ nachbarten Miniaturbatterie schaffen. Bei diesem speziellen Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse 1152 konfiguriert, um fünf Miniaturbatterien 1154 zu empfangen. Bei dieser Anord­ nung wird ein sich wiederholendes Muster entwickelt, wobei die Batterien 1154A und 1154B die gleiche relative Position wie die Batterien 1154C und 1154D aufweisen, und die Batte­ rien 1154B und 1154C die gleiche relative Position wie die Batterien 1154D und 1154E aufweisen. Ein feststehender kup­ pelförmiger Kontakt 1156B ist an einem Ende der Anordnung vorgesehen, während ein flexibler kuppelförmiger Kontakt 1156A an dem anderen vorgesehen ist, um die Batterien 1154 miteinander in Kontakt zu halten. Vier Schwenkecken 1108 sind vorgesehen, um geringfügigen Einstellungen und Abwei­ chungen der Batteriegrößen Rechnung zu tragen. Es wird dar­ auf hingewiesen, daß die sich wiederholende Anordnung er­ weitert werden kann, um eine beliebige Anzahl von Batterien 1154 zu umfassen.

VI. Exemplarische Geräteanwendung

Das Batteriefach der vorliegenden Erfindung kann in jedem batteriebetriebenen Gerät implementiert werden, das jetzt oder später entwickelt wird. Jedes batteriebetriebene Gerät kann von der vorliegenden Erfindung profitieren. Wie ange­ merkt wurde, sind die Geräte, die durch den erwähnten Kon­ taktwiderstand am meisten beeinträchtigt sind, Hochstromge­ räte. Beispiele umfassen Geräte, die leichte Zusatzgeräte, wie zum Beispiel Kameras, Scanner, Blitzlichter und VCRs aufweisen, Elektrowerkzeuge, wie zum Beispiel elektrische Schraubendreher, Elektrobohrer, Heckenschneidescheren, elektrische Rasierapparate und dergleichen, sowie andere Typen von batteriebetriebenen Geräten. Es wird darauf hin­ gewiesen, daß dabei keine Einschränkung gilt und daß die vorliegende Erfindung bei zahlreichen anderen batteriebe­ triebenen Geräten implementiert werden kann. Ein solches Gerät, ein Scanner, wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 12 beschrieben. Fig. 12 ist ein schematisches Block­ diagramm eines Handscanners, der das Batteriefach der vor­ liegenden Erfindung implementiert. Der Scanner 1200 ist ein beliebiger Scanner, wie zum Beispiel der optische Handscan­ ner, der bei der Hewlett-Packard Company erhältlich ist.

Der Scanner 1200 weist ein glockenförmiges Gehäuse 1202 mit einer flachen unteren Oberfläche 1216 auf. Das Gehäuse 1202 ist so konzipiert, daß es der Benutzer ganz leicht in die Hand nehmen kann. Im allgemeinen hält der Benutzer das Ge­ häuse 102 und zieht den Scanner 1200 manuell über ein Pa­ pier 1204, um die gedruckten Informationen, die auf demsel­ ben präsentiert sind, zu scannen. Der Scanner 1200 umfaßt ein CCD 1206 mit Navigationsbeleuchtungslampen 1214. Die Navigationsbeleuchtungsgeräte 1214 sind Hochleistungsablei­ tungsgeräte, die Infrarotlicht erzeugen, das durch ein Bildverarbeitungs- und Datenspeicherungsgerät 1208 verwen­ det wird, um die Position des Scanners 1200 auf dem Papier 1204 zu verfolgen. Das CCD 1206 nimmt die Informationen auf der Seite 1204 auf, und der Bildprozessor 1208 rekonstru­ iert das Bild auf dem Papier. Ein Batteriefach 1212 ist konfiguriert, um zwei 1,2 Volt AA-Trockenbatterien aufzu­ nehmen. Die Leistungsversorgung 1210 wandelt die 2,4 Gleichspannung in einen 5- und 12-Volt-Gleichstrom zur Ver­ wendung durch den Scanner 1200 um.

Aufgrund des Hochleistungsverbrauchs der Navigationsbe­ leuchtungsgeräte 1214 zieht der Scanner 1200 näherungsweise 5 Ampere. Ohne die vorliegende Erfindung kann der Scanner 1200 die zwei 1,2-Volt-Batterien in 0,25 bis 0,30 Stunden erschöpfen. Ein zu dieser Erschöpfungsrate wesentlich bei­ tragender Faktor ist, daß sich der Kontaktwiderstand zwi­ schen den zwei Batterien in der Größenordnung von 0,2 Ohm aufgrund des Vorhandenseins einer isolierenden Schmutz­ stoffschicht über den Batterieanschlüssen bewegt. Daher können 5 Watt oder 40% der verfügbaren 12 Watt der Lei­ stung verbraucht werden, indem der Kontaktwiderstand über­ wunden wird. Die Implementierung der vorliegenden Erfindung verringert jedoch den Kontaktwiderstand zwischen den an­ grenzenden Batterien auf näherungsweise auf 0,006 Ohm, wo­ durch die Leistung, die durch das Überwinden des Kontaktwi­ derstands verbraucht wird, auf 1,5 Watt verringert wird. Ähnliche Scanner, die bei 2,5 Ampere arbeiten, verringern die Leistungsverluste an den Anschlußkontakten von 1,25 Watt auf 0,38 Watt, was veranschaulicht, daß Geräte mit ge­ ringeren Stromanforderungen ebenfalls wesentlich von der vorliegenden Erfindung profitieren.

Obgleich verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung vorstehend beschrieben worden sind, wird darauf hingewiesen, daß sie ausschließlich mittels eines Beispiels präsentiert wurden und keiner Einschränkung unterliegen. Zum Beispiel wird darauf hingewiesen, daß, obwohl die er­ wähnten Trocken- und Miniaturbatterien als Primärbatterien beschrieben wurden, die vorliegende Erfindung auch mit se­ kundären oder wiederaufladbaren Batterien mit der gleichen oder ähnlichen Konfiguration verwendet werden kann. Bei den hierin offenbarten Ausführungsbeispielen liegen die Längs­ achsen der benachbarten Batterien beide auf der gleichen imaginären Ebene. Dies muß jedoch nicht der Fall sein. Das heißt, daß sich die Längsachsen nicht auf der gleichen Ebe­ ne befinden müssen. In anderen Worten können sich die Längsachsen der benachbarten Batterien nicht nur in einem Winkel auf einer Ebene oder in einer Achse überschneiden, sondern auch in einem Winkel oder auf einer zweiten oder dritten Ebene oder Achse überschneiden. Es sollte ebenfalls klar sein, daß die Anzahl der Batterien nicht auf die hier­ in offenbarte Anzahl beschränkt ist. Zum Beispiel kann eine beliebige Anzahl von Trockenbatterien 100 seriell ausge­ richtet sein, wobei jede die relative Anordnung mit ihrem Nachbar aufweist, wie vorstehend angemerkt wurde. Daher sollten die Fülle und der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung nicht durch ein beliebiges der zuvor beschriebe­ nen exemplarischen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern nur gemäß den nachstehenden Ansprüchen und ihren Entspre­ chungen definiert sein.

Claims (29)

1. Schraubenfederbatteriekontakt (600, 700, 750) zur Ver­ wendung in einem Batteriefach (800, 900, 1000, 1100, 1150), bei dem der Kontakt so konstruiert und angeord­ net ist, daß nur ein Batterieanschlußkontaktpunkt (610, 710, 752) einen angrenzenden Anschluß (106, 206, 208) einer Batterie (100, 200), die im Batteriefach (800, 900, 1000, 1100, 1150) installiert ist, kontak­ tiert, wobei der Kontaktpunkt (610, 710, 752) durch einen minimalen Oberflächenbereich einer oberen End­ windung (608, 708, 756) des Kontakts definiert ist.

2. Schraubenfederkontakt gemäß Anspruch 1, bei dem der Schraubenfederkontakt (600, 750) eine untere Endwin­ dung (614, 714), die obere Endwindung (608, 708, 756) und eine Mehrzahl von konzentrischen Wicklungen (602, 702), die zwischen denselben angeordnet sind, auf­ weist, wobei die obere Endwindung (608, 708, 756) kon­ figuriert ist, um den Anschlußkontaktpunkt (610, 710, 752) zu bilden.

3. Schraubenfederkontakt (600, 700, 750) gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem der Batterieanschlußkontaktpunkt (610, 710, 752) einer einer Mehrzahl von Batterieanschluß­ kontaktpunkten (610, 710, 752) ist, die auf der oberen Windung des Schraubenfederkontakts (600, 700, 750) ge­ bildet ist.

4. Schraubenfederkontakt (600, 700, 750) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die obere Endwindung (608, 708, 756) an einem entfernten Ende (620, 720) endet, das konfiguriert ist, um eine Anschlußleitung an demselben befestigen zu lassen.

5. Schraubenfederkontakt (600, 700, 750) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem die Mehrzahl von Wicklungen (602, 702) unterschiedliche Durchmesser aufweist.

6. Schraubenfederkontakt (600, 700, 750) gemäß Anspruch 5, bei dem die Durchmesser zur unteren Endwindung (614, 714) hin größer und zur oberen Endwindung (608, 708, 756) hin kleiner sind.

7. Schraubenfederkontakt (600, 700, 750) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die obere Endwindung (608, 708, 756) eine in ihr gebildete Haarnadelwindung, de­ ren Scheitelpunkt den Anschlußkontaktpunkt (610, 710, 752) bildet, aufweist.

8. Schraubenfederkontakt (600, 700, 750) gemäß Anspruch 2, bei dem der Schraubenfederkontakt (600, 700, 750) eine Rotationsachse (604, 704) aufweist, die durch die Wicklungen (602, 702) definiert ist, und bei dem der Anschlußkontaktpunkt (610, 710, 752) seitlich von der Achse (604, 704) in eine erste Richtung (616, 716) versetzt ist.

9. Schraubenfederkontakt (600, 700, 750) gemäß Anspruch 8, bei dem der seitliche Versatz bewirkt, daß sich Be­ reiche der Wicklungen (602, 702) in der ersten seitli­ chen Richtung (616, 716) mehr als andere Bereiche der Wicklungen (602, 702) komprimieren, wenn sie einer Kompressionskraft, die durch eine installierte Batte­ rie (100, 200) ausgeübt wird, unterzogen werden, um zu bewirken, daß sich der Anschlußkontaktpunkt (610, 710, 752) weiter in die erste seitliche Richtung (616, 716) verschiebt.

10. Schraubenfederkontakt (600, 700, 750) zur Verwendung in einem Batteriefach (800, 900, 1000, 1100, 1150), um einen Anschluß (106, 206, 208) einer Batterie (100, 200), die im Batteriefach (800, 900, 1000, 1100, 1150) installiert ist, zu kontaktieren, wobei der Schrauben­ federkontakt (600, 700, 750) mit einer oberen Endwin­ dung (608, 708, 756) konstruiert und angeordnet ist, die so konfiguriert ist, daß ein minimaler Oberflä­ chenbereich der oberen Endwindung (608, 708, 756) die installierte Batterie (100, 200) kontaktiert.

11. Schraubenfederkontakt (600, 700, 750) gemäß Anspruch 10, bei dem der minimale Oberflächenbereich der oberen Endwindung (608, 708, 756) einen Anschlußkontaktpunkt (610, 710, 752) definiert, wobei der Schraubenfeder­ kontakt (600, 700, 750) eine Mehrzahl von konzentri­ schen Wicklungen (602, 702) aufweist, die an die obere Endwindung (608, 708, 7S6) angrenzen, wobei die Win­ dungen eine Rotationsachse (604, 704) definieren und wobei der Batterieanschlußkontaktpunkt (610, 710, 752) von der Rotationsachse (604, 704) seitlich versetzt ist.

12. Schraubenfederkontakt (600, 700, 750) gemäß Anspruch 11, bei dem der Schraubenfederkontakt (600, 700, 750) ferner eine untere Endwindung (614, 714) aufweist, die mit den Wicklungen (602, 702) und die obere Endwindung (608, 708, 756) zusammenhängt, wobei die untere End­ windung (614, 714) konfiguriert ist, um an das Batte­ riefach (800, 900, 1000, 1100, 1150) angebracht zu werden.

13. Schraubenfederkontakt (600, 700, 750) gemäß Anspruch 11, bei dem die Wicklungen (602, 702) des Schraubenfe­ derkontakts (600, 700, 750) einen solchen Durchmesser aufweisen, daß der Schraubenfederkontakt (600, 700, 750) eine konische Form aufweist.

14. Schraubenfederkontakt (600, 700, 750) gemäß Anspruch 11, bei dem die obere Endwindung (608, 708, 756) eine in ihr gebildete Haarnadelwindung aufweist, die so ausgerichtet ist, daß ein Scheitelpunkt der Haarnadel­ windung den Anschlußkontaktpunkt (610, 710, 752) bil­ det.

15. Schraubenfederkontakt (600, 700, 750) gemäß einem der Ansprüche 11 bis 14, bei dem die obere Endwindung (608, 708, 756) einen minimalen Krümmungsradius auf­ weist und mit einer Biegung gebildet ist, die einen Scheitelpunkt bildet, der zu dem Batteriefach (800, 900, 1000, 1100, 1150) gerichtet ist, wobei der Schei­ telpunkt den Anschlußkontaktpunkt (610, 710, 752) bil­ det.

16. Schraubenfederkontakt (600, 700, 750) gemäß Anspruch 11, bei dem sich Bereiche der Wicklungen (602, 702) in die seitliche Richtung mehr als andere Bereiche der Wicklungen (602, 702) komprimieren, wenn der Schrau­ benfederkontakt (600, 700, 750) einer Kompressions­ kraft unterzogen wird, die durch eine installierte Batterie (100, 200) ausgeübt wird, um zu bewirken, daß sich der Anschlußkontaktpunkt (610, 710, 752) um eine zusätzliche Entfernung in näherungsweise die seitliche Richtung verschiebt, wodurch eine isolierende Schmutz­ stoffschicht, die sich auf dem Batterieanschluß abge­ lagert hat, abgeschabt wird.

17. Schraubenfederkontakt (600, 700, 750) gemäß Anspruch 11, bei dem der Batterieanschlußkontaktpunkt (610, 710, 752) einer einer Mehrzahl von exzentrischen Bat­ terieanschlußkontaktpunkten (610, 710, 752) ist, die auf der oberen Endwindung (608, 708, 756) des Schrau­ benfederkontakts (600, 700, 750) gebildet sind.

18. Schraubenfederkontakt (600, 700, 750) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 17, bei dem die obere Endwindung (608, 708, 756) an einem entfernten Ende (620, 720) endet, das konfiguriert ist, um eine elektrische An­ schlußleitung an demselben anzubringen zu lassen.

19. Batteriefach (800, 900, 1000, 1100, 1150), das folgen­ de Merkmale aufweist:
ein Gehäuse (802, 902, 1002, 1102), das konfiguriert ist, um eine oder mehrere Batterien (100, 200) aufzu­ nehmen;
einen Schraubenfederkontakt (600, 700, 750) mit einer unteren Endwindung (614, 714), die am Inneren des Ge­ häuses (802, 902, 1002, 1102) befestigt ist, einer oberen Endwindung (608, 708, 756) zum Kontaktieren ei­ nes Anschlusses einer installierten Batterie (100, 200) und eine Mehrzahl von konzentrischen Wicklungen (602, 702), die zwischen der oberen und der unteren Endwindung (614, 714) angeordnet sind, wobei die obere Endwindung (608, 708, 756) einen vordersten, exzentri­ schen Anschlußkontaktpunkt (610, 710, 752) bildet, um einen Anschluß (106, 206, 208) einer Batterie (100, 200), die im Gehäuse (802, 902, 1002, 1102) instal­ liert ist, zu kontaktieren.

20. Schraubenfederbatteriekontakt (600, 700, 750) zur Ver­ wendung in einem Batteriefach (800, 900, 1000, 1100, 1150), bei dem der Kontakt so konfiguriert ist, daß nur ein exzentrischer Batterieanschlußkontaktpunkt (610, 710, 752) eine angrenzende, installierte Batte­ rie kontaktiert.

21. Schraubenfederkontakt (600, 700, 750) gemäß Anspruch 20, bei dem der Schraubenfederkontakt eine Mehrzahl von konzentrischen Wicklungen (602, 702) mit einer oberen Endwindung (608, 708) aufweist, die den An­ schlußkontaktpunkt (601, 710, 752) an vorderster Stel­ le des Kontakts zum Kontaktieren eines Anschlusses (106, 106, 206, 208) einer Batterie (100, 200), die im Batteriefach (800, 900, 1000, 1100, 1150) installiert ist, bildet.

22. Schraubenfederkontakt (600, 700, 750) gemäß Anspruch 21, bei dem der exzentrische Batterieanschlußkontakt­ punkt (610, 710, 752) einer von einer Mehrzahl von ex­ zentrischen Batterieanschlußkontaktpunkten (752A, 752B, 752C) ist, die auf der oberen Endwindung (608, 708) des konischen Schraubenfederkontakts (600, 700, 750) gebildet sind.

23. Schraubenfederkontakt (600, 700, 750) gemäß Anspruch 21, bei dem die obere Endwindung (608, 708) eine Haar­ nadelwindung ist, deren Scheitelpunkt den Anschlußkon­ taktpunkt (610, 710, 752) bildet.

24. Schraubenfederkontakt (600, 700, 750) gemäß einem der Ansprüche 21 bis 23, bei der konische Schraubenfeder­ kontakt eine Rotationsachse (604, 704) aufweist, die durch die Wicklungen (602, 702) definiert ist, und bei dem der Anschlußkontaktpunkt (610, 710, 752) seitlich von der Achse (604, 704) in eine erste Richtung (616, 716) versetzt ist.

25. Schraubenfederkontakt (600, 700, 750) gemäß Anspruch 24, bei dem der seitliche Versatz bewirkt, daß Berei­ che der Wicklungen (602, 702) in einer ersten seitli­ chen Richtung (616, 716) mehr als andere Bereiche der Wicklungen (602, 702) ansprechend auf eine Kompressi­ onskraft, die durch eine installierte Batterie (100, 200) angelegt wird, komprimiert werden, wodurch der Anschlußkontaktpunkt (610, 752) gegen den Anschluß (106, 106, 206, 208) der installierten Batte­ rie (100, 200) schabt, während der Schraubenfederkon­ takt (600, 700, 750) ansprechend darauf komprimiert wird.

26. Batteriefach, das folgende Merkmale aufweist:
ein Gehäuse (802, 902, 1002, 1102), das konfiguriert ist, um eine oder mehrere Batterien (100, 200) aufzu­ nehmen; und
einen Schraubenfederkontakt (600, 700, 750) mit einer unteren Endwindung (614, 714), die am Inneren des Ge­ häuses (802, 902, 1002, 1102) befestigt ist, einer oberen Endwindung (608, 708) zum Kontaktieren eines Anschlusses (106, 106, 206, 208) einer installierten Batterie (100, 200) und eine Mehrzahl von konzentri­ schen Wicklungen (602, 702), die zwischen der oberen und der unteren Endwindung (608, 708, 614, 714) ange­ ordnet sind, wobei die oberen Endwindung (608, 708) einen oder mehrere Anschlußkontaktpunkte (610, 710, 752) bildet, um an einen Anschluß (106, 106, 206, 2108) einer Batterie (100, 200) anzugrenzen, die im Gehäuse (802, 902, 1002, 1102) installiert ist.

27. Batteriefach gemäß Anspruch 26, bei dem der Schrauben­ federkontakt eine Rotationsachse aufweist, die durch die Wicklungen (602, 702) definiert ist, und bei dem der eine oder mehrere Anschlußkontaktpunkte (610, 710, 752) von der Achse seitlich versetzt sind, um zu be­ wirken, daß Bereiche der Wicklungen (602, 702) in eine erste seitliche Richtung mehr als andere Bereiche der Wicklungen (602, 702) ansprechend auf eine Kompressi­ onskraft, die durch eine installierte Batterie (100, 200) ausgeübt wird, komprimiert werden.

28. Batteriefach gemäß Anspruch 27, bei dem der Schrauben­ federkontakt (600, 700, 750) eine konische Form auf­ weist.

29. Batteriefach gemäß Anspruch 27, bei dem das Batterie­ fach (800, 900, 1000, 1100, 1150) eine elektrische An­ schlußleitung, die mit einem entfernten Ende (620, 720) der oberen Endwindung (608, 708) des Schraubenfe­ derkontakts (600, 700, 750) verbunden ist, umfaßt.