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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Batteriesatz, eine wiederaufladbare Batterie und ein Handgartenwerkzeug.
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Übliche Batteriesätze umfassen eine Vielzahl von Batteriezellen, die in einem Gehäuse angeordnet und miteinander elektrisch verbunden sind.
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Das Dokument
US 5,096,788 A offenbart einen Batteriesatz, umfassend ein Gehäuse und eine Vielzahl von Zellen innerhalb des Gehäuses, wobei jede Zelle einen positiven und negativen Anschluss aufweist. Eine flexible Leiterplatte ist zur Zwischenverbindung der Vielzahl von Zellen vorgesehen. Der Batteriesatz umfasst zusätzlich eine Vorspanneinrichtung zum Vorsehen eines ausreichenden Kontaktdrucks zwischen der flexiblen Leiterplatte und den Zellenanschlüssen. Stoßdämpfelemente werden verwendet, um die Bewegung der Zellen zu dämpfen, wenn der Batteriesatz fallen gelassen wird oder einen plötzlichen Stoß erhält. Die Zellen sind mit ihrem jeweiligen angrenzenden positiven und negativen Anschluss über Stahllaschen miteinander verbunden. Die Stahllaschen werden typischerweise an die Anschlüsse punktgeschweißt und dann mit den Kontakten der flexiblen Leiterplatte verschweißt oder verlötet. Da die die Stahllaschen an die flexible Leiterplatte geschweißt werden, ist es weniger wichtig, ob eine ausreichende Kraft zwischen Zellenanschlüssen und den Kontakten existiert.
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Das weitere Dokument
US 2010/0310922 A1 offenbart eine Lithiumionen-Batterie, umfassend ein Gehäuse und eine Oberseite, die an einem offenen Ende des Gehäuses angebracht ist. Der Batteriesatz umfasst eine Vielzahl von Batteriezellen, die parallel angeordnet und im Gehäuse enthalten sind. Der Batteriesatz umfasst ferner Kathoden- und Anodenstromkollektoren. Jeder der Stromkollektoren umfasst eine Kollektorplatte, die an eine Kollektorplattenlasche geschweißt ist. Die Kollektorplattenlaschen sind an die jeweilige Kathoden- und Anodenabdeckungen der Batteriezellen geschweißt.
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Die
US 2010/0288532 A1 offenbart einen Zellverbinder zur Serienschaltung von Batteriezellen, von deren Polen sich Schraubenstifte erstrecken. Der Zellverbinder weist hintereinander angeordnet mehrere rechteckige Ausnehmungen auf, in welche jeweils ein Zellverbinderplättchen eingesetzt ist. Zum Verbinden mehrerer nebeneinander angeordneter Batteriezellen werden die Batteriezellen so angeordnet, dass die Schraubstifte entgegengesetzter Pole benachbarter Batteriezellen jeweils parallel und benachbart zueinander liegen. Jeweils zwei Schraubstifte benachbarter Batteriezellen mit entgegengesetzter Polung werden durch Löcher einer Zellverbinderplättchen geführt. Mittels Schraubenmuttern, die auf die durch die Löcher hindurchragenden Schraubstifte geschraubt werden, wird die Zellverbinderplättchen an den Polen fixiert.
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Die
US 2012/0015550 A1 offenbart eine Stromschiene zur Serienschaltung von Batteriezellen. Dabei wird über ein Verbindungsplättchen je eine positive Elektrode mit einer negativen Elektrode einer benachbarten Batterie verbunden. Zur Fixierung der Stromschiene an den Batteriepolen wird diese mit den Batteriepolen verschraubt. Die
EP 2 390 945 A1 offenbart eine ähnliche Stromschiene, die ebenfalls an den Batteriepolen verschraubt wird.
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Die
US 2006/0246781 A1 offenbart Zellverbinderelemente zur Verbindung von Batteriezellen, wobei jedes Zellverbinderelement ein Gehäuse mit einem darin bodenseitig fixierten Verbinderplättchen aufweist. Das Gehäuse und die Verbinderplättchen weisen jeweils zwei miteinander fluchtende Löcher auf, welche auf Batteriepole benachbarter Batteriezellen zu deren Kontaktierung aufgesteckt werden.
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Die
US 2010/0221590 A1 offenbart einen Akkupack für ein Elektrowerkzeug, z.B. für ein handgeführtes Arbeitsgerät wie eine Motorkettensäge, eine Heckenschere oder dgl. Der Akkupack umfasst eine Zellanordnung mit einer Vielzahl nebeneinander angeordneter Zellen, wobei Zellenachsen der Zellen etwa lotrecht zu einer gemeinsamen Bezugsebene liegen. Die Zellen sind an jeweils gegenüberliegenden Enden über jeweils einen Zellverbinder elektrisch leitend kontaktiert, wobei die Zellverbinder über Streben miteinander verschraubt sind und an die Zellanordnung gepresst werden. Kontaktelemente des Zellverbinders sind jeweils über Schweißpunkte mit den Zellpolen verschweißt.
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Die
US 2008/0113262 A1 offenbart einen Batteriepack für ein kabelloses Elektrowerkzeug, mit einem oberen Gehäuseteil, das ein Elektronikmodul und einen mit dem Elektronikmodul verbundenen Batterieanschlussblock trägt, und mit einem unteren Gehäuseteil, das eine Vielzahl von Batteriezellen enthält. Mehrere Zellverbinder sind mit einer der Vielzahl von Batteriezellen verbunden. Die Zellverbinder weisen Erhebungen auf, die Biegebewegungen ermöglichen und so relative Bewegungen der durch die Erhebungen getrennten Teile des Zellverbinders zu ermöglichen.
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Bekannte Batteriesätze haben den Nachteil, dass bei einem Fallenlassen oder einem anderen Stoß Kräfte die Schweißverbindungen des Batteriesatzes beeinträchtigen und diese Schweißverbindungen beschädigt werden oder brechen können. In diesen Fällen würde die elektrische Verbindung, die durch die Schweißverbindung hergestellt wird, nicht funktionieren.
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Daher ist es ein Ziel der Erfindung, einen verbesserten Batteriesatz vorzusehen, in dem Fixierverbindungen, wie Schweißverbindungen, robuster oder gegen einen mechanischen Zusammenbruch oder eine Fehlfunktion geschützt sind.
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Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, eine wiederaufladbare Batterie für Gartenwerkzeuge vorzusehen, die unter rauen Bedingungen robust und zuverlässig ist, und die plötzlichen Stößen standhält.
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Dieses Ziel wird durch die Ansprüche 1, 17 und 18 erreicht. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Gemäß Anspruch 1 umfasst ein Batteriesatz mit einer Batteriezellenanordnung umfassend wenigstens eine Verbinderbrücke, welche zwei Schweißabschnitte umfasst und wenigstens eine Batteriezelle. Die Verbinderbrücke steht in elektrischem Kontakt mit der Batteriezelle. Ferner umfasst der Batteriesatz wenigstens eine Wandstruktur, die angrenzend an die Verbinderbrücke und die Batteriezelle angeordnet ist, und wenigstens ein Halteelement, das auf der Verbinderbrücke und/oder auf der Wandstruktur vorgesehen ist, wobei das Halteelement die Verbinderbrücke in ihrer Position relativ zur Wandstruktur fixiert. Die beiden Schweißabschnitte der Verbinderbrücke stehen mit der Batteriezelle über Schweißpunkte in Kontakt und sind von der Batteriezelle teilweise beabstandet.
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In Ausgestaltungen umfasst der Batteriesatz wenigstens eine erste Komponente, die eine Verbinderkomponente ist, wenigstens eine zweite Komponente, wobei die erste Verbinderkomponente in elektrischem Kontakt mit der zweiten Komponente steht, wenigstens eine Wandstruktur, die angrenzend an die erste Verbinderkomponente und die zweite Komponente angeordnet ist, und wenigstens ein Halteelement, das auf der ersten Verbinderkomponente und/oder auf der zweiten Komponente und/oder auf der Wandstruktur vorgesehen ist, wobei das Halteelement die erste Verbinderkomponente und/oder die zweite Komponente in ihrer Position relativ zur Wandstruktur fixiert.
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Ein plötzlicher Stoß, z.B. durch ein Fallenlassen des Batteriesatzes, kann zu einer Verschiebung der ersten Komponente und zu einem mechanischen Stoß oder einer Verschiebung der ersten Komponente und/oder der zweiten Komponente führen, was die elektrische Verbindung zwischen beiden beeinflusst. Indem sie ein Halteelement aufweist, wie oben beschrieben, sind die erste Komponente und/oder die zweite Komponente zusätzlich in ihren relativen Positionen gesichert. Eine Bewegung der ersten Verbinderkomponente und/oder der zweiten Komponente wird wenigstens behindert, ist jedoch weiterhin möglich.
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Gemäß einer Ausgestaltung ist die erste Verbinderkomponente an der zweiten Komponente fest angebracht.
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So wird die elektrische Verbindung zwischen den Komponenten auch unter rauen Bedingungen gesichert. Mittels der Halteelemente wird die fixierte Verbindung wenigstens teilweise gegen Kräfte geschützt, die aus Stößen resultieren.
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Ein Halteelement ist besonders nützlich, wenn eine Verbinderbrücke verwendet wird, um zwei oder mehrere Batteriezellen miteinander zu verbinden. Die Verbindungen zwischen der Verbinderbrücke und den Batteriezellen werden dagegen geschützt, bei einem Fallenlassen oder einem plötzlichen Stoß beschädigt oder verschoben zu werden, wenn ein Halteelement vorgesehen ist, dass eine Bewegung der Verbinderbrücke in der Position behindert, wo sie mit der Batteriezelle verbunden ist.
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In einer Ausgestaltung ist die erste Verbinderkomponente ein Verbinderelement, und die zweite Komponente ist eine Verbinderbrücke.
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Halteelemente sind auch nützlich, wenn ein Verbinderelement eine Verbinderbrücke z.B. mit einer Leiterplatte verbindet. Wenn beispielsweise das Verbinderelement in seine Endposition gebogen wird, könnten nachgiebige Rückfederkräfte im Verbinderelement eine Belastung oder Spannung erzeugen, z.B. an einer geschweißten Verbindung zwischen dem Verbinderelement und der Verbinderbrücke. Mittels der Halteelemente kann die Verbinderbrücke dagegen geschützt werden, aus ihrer Position gezogen zu werden, und Belastungen auf die Verbindung zwischen dem Verbinderelement und der Verbinderbrücke können reduziert werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Wandstruktur im Wesentlichen rechtwinklig zu einer planaren Ausdehnung der ersten Verbinderkomponente angeordnet.
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Wenn das Halteelement mit einer Wandstruktur zusammenwirken kann, die rechtwinklig zur ersten Verbinderkomponente ist, kann die Haltefunktion optimiert werden.
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Gemäß einer Ausgestaltung weist die erste Komponente wenigstens einen ersten Fixierabschnitt auf, und die erste Komponente ist mit der zweiten Komponente über wenigstens eine Fixierverbindung verbunden.
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In einer derartigen Weise ist ein definierter Abschnitt auf der ersten Komponente vorgesehen, der gebildet und/oder bemessen ist, um eine stabile Fixierverbindung mit der zweiten Komponente herzustellen. So wird eine robuste elektrische Verbindung zwischen beiden Komponenten gebildet.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Wandstruktur im Wesentlichen U-förmig gebildet, und der Fixierabschnitt ist entsprechend der Form der Wandstruktur gebildet und ist wenigstens teilweise von der Wandstruktur umgeben.
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So passt der Fixierabschnitt der ersten Komponente zwischen die Wandstruktur, wobei eine Verschiebung des Fixierabschnitts relativ zur Wandstruktur vermieden oder wenigstens behindert wird. Eine Auslegung mit einer Wandstruktur, die entsprechend dem Fixierabschnitt gebildet ist, ist für eine leichte Anordnung des Halteelements vorteilhaft.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Fixierabschnitt ein Schweißabschnitt, und die erste Komponente ist mit der zweiten Komponente über wenigstens eine Schweißverbindung verbunden.
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Eine Schweißverbindung verbindet die erste und zweite Komponente in einer sehr stabilen Weise. Der elektrische Kontakt zwischen den Komponenten wird zuverlässig hergestellt. Ferner können Belastungen, die aus mechanischen Stößen gegen die Batteriezellenanordnung und gegen die Schweißverbindung resultieren, wenigstens teilweise getragen oder absorbiert werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die erste Verbinderkomponente zwei Halteelemente auf, die vorzugsweise einstückig mit der ersten Verbinderkomponente gebildet sind, insbesondere zwei Halteelemente, die auf entgegengesetzten Seiten des Fixierabschnitts der ersten Verbinderkomponente angeordnet sind, wobei jedes der zwei Halteelemente an eine unterschiedliche Wand der Wandstruktur anliegt.
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Das Halteelement kann auf der Wandstruktur angrenzend an den Fixierabschnitt angeordnet sein. So kann der Fixierabschnitt mit ausreichenden Kräften und in einem sehr raschen Montageprozess gehalten oder geklemmt werden. Ferner kann die Position der ersten Verbinderkomponente vor dem Fixierungsprozess, z.B. einem Schweißprozess, fixiert werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung grenzt das wenigstens eine, grenzen vorzugsweise zwei Halteelemente geneigt an die Wandstruktur an, oder das eine, vorzugsweise zwei Halteelemente sind unter einem Winkel relativ zur Wandstruktur angeordnet.
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Die Halteelemente sind geringfügig geneigt oder unter einem Winkel in einer Richtung angeordnet, dass eine lineare Bewegung sowie eine Drehbewegung der ersten Verbinderkomponente entlang der Wandstruktur wenigstens teilweise behindert werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens ein Verbinderelement an die Verbinderbrücke fixiert, vorzugsweise geschweißt, wobei das Verbinderelement eine erste Kraft vorsieht, mit der die Verbinderbrücke belastet wird, welche erste Kraft die Verbinderbrücke aus ihrer beabsichtigen Position zieht, wobei das wenigstens eine Halteelement kraftschlüssig geklemmt ist, wodurch eine zweite Kraft in einer Richtung entgegengesetzt zur ersten Kraft, die vom Verbinderelement vorgesehen wird, bereitgestellt wird.
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So kann die Zugkraft, welche die Verbinderbrücke beeinträchtigt und aus einer Rückfedernachgiebigkeit des Verbinderelements resultiert, vorgespannt oder wenigstens teilweise reduziert werden. Die Tendenz der Verbinderbrücke, außer Position gezogen zu werden, wird wenigstens teilweise kompensiert.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wirkt eine nachgiebige Kraft auf das Verbinderelement, die die Fixierverbindung belastet, wobei das wenigstens eine Halteelement kraftschlüssig an die Wandstruktur geklemmt ist und eine Kraft vorsieht, die in einer Richtung entgegengesetzt zur Belastung auf die Fixierverbindung wirkt. In einer derartigen Auslegung wird die Fixierverbindung wenigstens teilweise von der Belastung, die auf diese wirkt, entlastet. Bei einem Fallenlassen des Batteriesatzes würde die Belastung zu einem schlimmeren Schaden der Verbindung führen. Mittels des Halteelements kann die Belastung in der Verbindung reduziert werden, was das Risiko einer Beschädigung der Verbindung bei einem Fallenlassen verringert.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Fixierabschnitt ein Schweißabschnitt, der wenigstens einen ersten Schweißabschnitt und wenigstens einen zweiten Schweißabschnitt umfasst, wobei der erste Schweißabschnitt vom zweiten Schweißabschnitt durch eine Vertiefung getrennt ist, und wobei wenigstens ein Halteelement auf jedem vom ersten und zweiten Schweißabschnitt angeordnet ist.
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Mit einer derartigen Vertiefung können eine Verschiebung der Fixierabschnitte oder Kräfte auf die Fixierabschnitte kompensiert werden. Im Zusammenwirken mit den Halteelementen können solche Vertiefungen eine zusätzliche Nachgiebigkeit für die Klemmverbindung vorsehen. Ferner kann das Einführen der ersten Verbinderkomponente in ihre beabsichtigte Position erleichtert werden, wohingegen die Extraktion oder Entfernung der ersten Komponente behindert wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Verbinderbrücke eine H-förmige Form oder eine T-förmige Form oder eine L-förmige Form oder eine I-förmige Form auf, wobei das wenigstens eine, vorzugsweise zwei Halteelemente auf wenigstens einem Endabschnitt eines Schenkels der H-förmigen Form oder wenigstens einem Endabschnitt eines Querbalkens der T-förmigen Form oder wenigstens einem Endabschnitt eines Schenkels der L-förmigen Form oder wenigstens einem Endabschnitt der I-förmigen Form angeordnet sind, wobei insbesondere wenigstens ein, vorzugsweise zwei Halteelemente auf jedem Endabschnitt jedes Schenkels der H-förmigen Form oder auf jedem Endabschnitt des Querbalkens der T-förmigen Form oder auf jedem Endabschnitt jedes Schenkels der L-förmigen Form oder auf jedem Endabschnitt der I-förmigen Form angeordnet sind.
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Das Vorsehen der Halteelemente auf den Schenkeln der spezifisch geformten Verbinderbrücken ermöglicht, die Verbinderbrücke in einer vorteilhaften Weise in jenen Positionen zu sichern, wo die Schweißverbindungen vorgesehen sind.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die erste Komponente wenigstens ein Paar von Halteelementen, das ein Paar von Widerhaken bildet, die einen Widerstand gegen die Bewegung der ersten Komponente vorsehen.
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Eine besonders vorteilhafte Auslegung wird erzielt, wenn zwei Halteelemente als Widerhaken arbeiten. Dann ist die Klemmverbindung auf der Wandstruktur sehr effektiv.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die Verbinderbrücke wenigstens ein erstes Halteelement, und die Wandstruktur umfasst wenigstens ein zweites Halteelement, wobei das erste Halteelement und das zweite Halteelement auf entgegengesetzten Seiten der Verbinderbrücke angeordnet sind.
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In einer derartigen Auslegung kann die Verbinderbrücke zwischen der Wandstruktur, z.B. durch eine Drehbewegung, installiert werden. Sobald sie installiert ist, behindern die Halteelemente die Verschiebung der Verbinderbrücke aufgrund von Kräften, die in einem Stoß ausgeübt werden, oder von einem Verbinderelement, wie oben beschrieben.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das erste Halteelement geneigt relativ zur Wandstruktur angeordnet, und das zweite Halteelement ist im Wesentlichen rechtwinklig zur Wandstruktur angeordnet.
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So wird der Effekt des ersten Halteelements, das auf der Wandstruktur klemmen kann, intensiviert. Das zweite Halteelement kann zusätzlich als Halter für die zweite Komponente wirken.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die Wandstruktur zwei Halteelemente auf entgegengesetzten Seiten der ersten Komponente, wobei die erste Komponente wenigstens eine Vertiefung umfasst, welche die erste Komponente in einen ersten Fixierabschnitt und einen zweiten Fixierabschnitt in der Region der Halteelemente in einer solchen Weise teilt, dass der erste Fixierabschnitt und der zweite Fixierabschnitt in die Geometrie einschnappen können, die durch die Wandstruktur und die Halteelemente gebildet wird.
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Eine Schnappverbindung ermöglicht die einfache Installation der Verbinderbrücke. Die Schnappverbindung könnte lösbar oder nicht lösbar ausgebildet werden. Ferner kann die Verbinderbrücke zuverlässig in ihre geeignete Position gebracht werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung hat die Wandstruktur wenigstens einen Ausschnitt angrenzend an jedes der Halteelemente.
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Die Ausschnitte erleichtern die Montage der Schweißabschnitte unter den Halteelementen in einer vorteilhaften Weise.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens eine Batteriezelle über die erste Komponente und/oder über die zweite Komponente mit wenigstens einer Anschlusseinheit der Batteriezellenanordnung elektrisch verbunden.
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Eine Anschlusseinheit ist als Mittel zum gegenseitigen Verbinden und/oder Steuern der einigen Spannungen oder Ströme zu verstehen, die von den einigen Batteriezellen generiert werden, insbesondere als Leiterplatte, die weitere elektrische Verbindungsmittel und/oder elektrische Steuermittel umfasst. In einer solchen Weise wird eine sehr stabile elektrische Verbindung zwischen den Batteriezellen des Batteriesatzes und der Anschlusseinheit erzeugt, die gegen mechanische Stöße oder Schläge äußerst resistent ist.
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Besonders vorteilhaft ist es, einen Batteriesatz, der die erfinderischen Merkmale verkörpert, in einer wiederaufladbaren Batterie vorzusehen. Wiederaufladbare Batterien werden oft manipuliert, und das Risiko von Stößen ist sehr hoch. Daher müssen wiederaufladbare Batterien sehr robust gegen ein Fallenlassen und Stöße sein, was unter Verwendung eines Batteriesatzes, wie in den Ansprüchen 1 bis 20 definiert, erzielt wird.
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Ferner ist es vorteilhaft, ein Handgartenwerkzeug mit einer wiederaufladbaren Batterie vorzusehen, die einen Batteriesatz nach einem der Ansprüche 1 bis 16 umfasst. Insbesondere in einer rauen Arbeitsumgebung muss die wiederaufladbare Batterie sehr stabil und zuverlässig sein.
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Für weitere Ausführungsformen und Auslegungen, Vorteile und vorteilhafte Effekte wird auf die obige Beschreibung und weiter oben Bezug genommen.
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Ausgewählte Ausführungsformen der Erfindung werden nun in Verbindung mit den beigeschlossenen Zeichnungen beschrieben, in denen:
- 1 eine perspektivische Ansicht einer Batteriezellenanordnung in einem Zwischenmontageschritt zeigt;
- 2 eine perspektivische Ansicht einer Batteriezellenanordnung nach der Montage von Verbinderelementen 5 auf die Verbinderbrücken 4a bis 4f zeigt;
- 3 eine Seitenansicht einer Batteriezellenanordnung zeigt;
- 4 eine detaillierte Ansicht eines Verbinderelements zeigt, das die Erfindung verkörpert;
- 5 eine detaillierte Schnittansicht des Verbinderelements gemäß 4 zeigt;
- 6 eine Seitenansicht einer Batteriezellenanordnung zeigt;
- 7 eine detaillierte Ansicht einer Verbinderbrücke gemäß 6 zeigt;
- 8 eine Draufsicht eines Verbinderelements, das an eine Verbinderbrücke geschweißt ist, in einer installierten Position auf einem Abdeckungselement zeigt;
- 9 eine Schnittansicht B-B der Verbinderbrücke zeigt, wie in 8 angezeigt;
- 10 eine Draufsicht eines Verbinderelements, das an eine Verbinderbrücke geschweißt ist, in einer installierten Position auf einem Abdeckungselement mit einer unterschiedlichen Auslegung der Halteelemente zeigt;
- 11 eine Schnittansicht C-C der Verbinderbrücke zeigt, wie in 10 angezeigt;
- 12 eine Schnittansicht D-D der Verbinderbrücke zeigt, wie in 10 angezeigt.
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Batteriezellenanordnung 1 in einem Zwischenmontageschritt. Die Batteriezellenanordnung 1 umfasst eine Vielzahl von als zylindrische Elemente gebildeten Batteriezellen 2, die nebeneinander angeordnet in einer Batterie kombiniert werden. In dieser spezifischen Ausführungsform umfasst die Batteriezellenanordnung 1 20 Batteriezellen 2. Das vordere Ende und das hintere Ende der zylindrischen Elemente der Batteriezellen 2 sind fixiert an einem ersten Abdeckungselement 3a und einem zweiten Abdeckungselement 3b angebracht. Batteriezellenanordnungen 1 dieser Art werden z.B. für wiederaufladbare Batterien oder Akkumulatoren, insbesondere für Handvorrichtungen, wie Gartenwerkzeuge, z.B. Heckenschneider, Gebläse, Kettensägen, Freischneider, Trimmer oder dgl., verwendet.
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Jedes Ende jeder Batteriezelle 2 ist mit einer Verbinderbrücke 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f elektrisch verbunden, wie in 1 gezeigt. In dieser Ausführungsform sind vier Batteriezellen 2 mit jeder einzelnen der Verbinderbrücken 4a, 4b, 4c, 4d elektrisch verbunden, die eine H-Form aufweisen. Zwei Batteriezellen 2 sind mit jeder einzelnen der Verbinderbrücken 4e, 4f elektrisch verbunden, die eine I-Form aufweisen. Beispielsweise können die I-förmigen Verbinderbrücken 4e, 4f jeweils zwei Batteriezellen 2 in Serie verbinden, wobei diese Paare seriell verbundener Batteriezellen 2 parallel verbunden werden können. Dementsprechend ist dies mittels der H-förmigen Verbinderbrücken 4a bis 4d mit einer Vielzahl von Batteriezellen 2 möglich. Es könnten auch unterschiedliche Formen für die Verbinderbrücken 4a bis 4f verwendet werden, in Abhängigkeit von der Ausbildung der Batteriezellenanordnung 1.
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Auf einer lateralen Seite der Batteriezellenanordnung 1 ist eine Anschlusseinheit, z.B. eine Leiterplatte 6, angeordnet, auf der elektronische Komponenten und elektrische Verbindungsmittel angeordnet sein können. Eine Anschlusseinheit soll ein Mittel zum gegenseitigen Verbinden und/oder Steuern der einigen Spannungen oder Ströme bedeuten, die von den einigen Batteriezellen 2 generiert werden. Zum elektrischen Verbinden der Batteriezellen 2 mit der Leiterplatte 6 sind Verbinderelemente 5 vorgesehen. Die Verbinderbrücken 4a bis 4f und die Verbinderelemente 5 sind alle als flache Metallschichtelemente gebildet, z.B. hergestellt aus nickelplattiertem Stahl oder Kupfer oder dgl. Entlang einer Biegelinie 13 können die Verbinderelemente 5 in ihre Endposition gebracht werden.
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In einer Situation vor der Montage sind die Verbinderelemente 5 an der Leiterplatte 6 angebracht. Nach dem Anbringen der Leiterplatte 6 an dem ersten und zweiten Abdeckungselement 3a, 3b werden die Verbinderelemente 5 in einer vorherbestimmten Position relativ zu den Verbinderbrücken 4a bis 4f angeordnet.
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2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Batteriezellenanordnung 1 nach der Montage der Verbinderelemente 5 auf die Verbinderbrücken 4a bis 4f. Während des Montageprozesses werden die Verbinderelemente 5 entlang einer Biegelinie 13 in einer Richtung zu den Verbinderbrücken 4a bis 4f gebogen. Es ist möglich, dass die ersten Endabschnitte der Verbinderelemente 5 an der Leiterplatte 6 durch einen Eingriff rund um einen Rand oder eine Kante der Leiterplatte 6 angebracht werden. Die entgegengesetzten Endabschnitte der Verbinderelemente 5 stehen mit den Verbinderbrücken 4a bis 4f in Kontakt. Der Kontakt kann ein Ebenenkontakt sein, oder ein Kontakt, bei dem nur einer oder wenige Punkte der Flächen jeder Komponente miteinander in Kontakt stehen. Insbesondere werden die Verbinderelemente 5 mit der Leiterplatte 6 durch einen Lötprozess verbunden, präziser werden die Verbinderelemente 5 in Löcher auf der Leiterplatte 6 gelötet. Die Verbinderelemente 5 können der Montagestraße als vorgeformte oder vorgebogene Komponenten zugeführt werden, dann an der Leiterplatte 6 angebracht werden, und danach gebogen oder in eine Endform zum Herstellen eines elektrischen Kontakts zwischen den Verbinderbrücken 4a bis 4f und der Leiterplatte 6 gebracht werden.
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Die 1 und 2 zeigen eine Batteriezellenanordnung 1, die 20 Batteriezellen 2 umfasst, wohingegen die folgenden Figuren eine Batteriezellenanordnung 1 zeigen, die 10 Batteriezellen 2 umfasst.
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3 zeigt eine Seitenansicht einer Batteriezellenanordnung 1. Das Layout der Batteriezellenanordnung 1 kann sich von jener gemäß den oben beschriebenen Figuren unterscheiden. Die erfinderischen Merkmale können jedoch mit Bezugnahme auf eine Gesamtansicht der Figuren erläutert werden. Das zweite Abdeckungselement 3b der Batteriezellenanordnung 1 umfasst eine Verbinderbrücke 4, die zwei der Batteriezellen 2 über das Verbinderelement 5 mit der Leiterplatte 6 verbindet. Weitere Verbinderbrücken sind auf dem zweiten Abdeckungselement 3b angeordnet, das jeweils zwei der Batteriezellen 2 oder eine einzelne Batteriezelle 2 über das Verbinderelement 5 mit der Leiterplatte 6 verbindet. Die Verbinderbrücken 4 auf der Batteriezellenanordnung 1 in dieser Figur haben eine T-förmige oder L-förmige Form.
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4 zeigt eine detaillierte Ansicht des Verbinderelements 5, das mit der Verbinderbrücke 4 in Kontakt steht. Ein Endabschnitt 12 des Verbinderelements 5 hat einen Fixierabschnitt, der als erster Schweißabschnitt 5a und zweiter Schweißabschnitt 5b gebildet ist, wobei der erste und zweite Schweißabschnitt 5a, 5b voneinander durch eine Vertiefung 8 beabstandet sind. In einer Richtung zu einem Mittelabschnitt 11 des Verbinderelements 5 vereinigen sich der erste und zweite Schweißabschnitt 5a, 5b miteinander oder laufen zusammen und bilden den Mittelabschnitt 11.
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Das Verbinderelement 5 ist an der Verbinderbrücke 4 mittels einer Schweißverbindung fixiert. Es ist auch möglich, dass die Fixierung in einer anderen nützlichen Weise erhalten wird, beispielsweise mittels einer Lötverbindung oder mittels Schrauben, die am Fixierabschnitt befestigt werden. Ferner ist es möglich, dass der Fixierabschnitt durch eine Feder gegen sein Gegenstück gedrückt wird. Im Allgemeinen kann ein Abschnitt als Fixierabschnitt verstanden werden, wo die Fixiermittel in Eingriff gelangen.
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In einer alternativen Ausführungsform kann das Verbinderelement 5 in elektrischem Kontakt mit der Verbinderbrücke 4 mittels Schrauben oder mittels einer Feder gehalten werden, die das Verbinderelement 5 auf die Verbinderbrücke 4 oder eine oder beide der Komponenten auf eine jeweilige Batteriezelle 2 drücken.
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Auf jedem vom ersten und zweiten Schweißabschnitt 5a, 5b sind zwei Schweißlinsen angeordnet, wobei der erste und zweite Schweißabschnitt 5a, 5b fest an die Verbinderbrücke 4 geschweißt werden. Es ist auch möglich, nur einen oder mehr als zwei Schweißpunkte oder Schweißlinsen vorzusehen. Mittels der Vertiefung 8 können Verschiebungen des ersten und zweiten Schweißabschnitts 5a, 5b kompensiert werden, die durch thermische oder mechanische Belastungen verursacht werden.
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Nachdem es in seine Endposition gebogen wird, tendiert das Verbinderelement 5 dazu, sich in seinevorherige Position oder jene vor dem Biegen zurückzubewegen. Dies wird durch die Rückfedernachgiebigkeit verursacht, die im Material des Verbinderelements 5 vorliegt und durch den Biegeprozess induziert wird. Dies führt zu einer Rückfederkraft, die auf das Verbinderelement 5 und demgemäß auf die Schweißverbindung zwischen dem ersten und zweiten Schweißabschnitt 5a, 5b und der Verbinderbrücke 4 wirkt. Präziser tendiert der Endabschnitt des Verbinderelements 12 dazu, sich von der Verbinderbrücke 4 wegzubewegen, ist jedoch angeschweißt und transferiert die Kraft oder die Einwirkung über die Schweißverbindung zur Verbinderbrücke 4. Demgemäß wird die Verbinderbrücke 4 aus ihrer Position auf dem zweiten Abdeckungselement 3b gezogen oder bewegt. Ferner wird eine mechanische Belastung oder Spannung auf die Schweißverbindung ausgeübt. Die Verbinderbrücke 4 ist an die Batteriezellen 2 geschweißt und ist daher fest an der Batteriezellenanordnung 1 angebracht. Eine teilweise Verschiebung der Verbinderbrücke 4 kann jedoch auftreten und Abweichungen von den normalen Bedingungen der elektrischen Verbindung zwischen der Verbinderbrücke 4 und dem ersten und zweite Schweißabschnitt 5a, 5b verursachen.
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Mit Bezugnahme auf 5, die eine detaillierte Querschnittansicht des Verbinderelements 5 und der Verbinderbrücke 4 zeigt, ist die Verbinderbrücke 4 auf dem zweiten Abdeckungselement 3b platziert und wird lateral von einer Wandstruktur 7 umgeben. Wenigstens teilweise erstreckt sich die Wandstruktur 7 im Wesentlichen rechtwinklig zu einer planaren Ausdehnung des Verbinderelements 5. Die Schweißlinsen 10 verbinden das Verbinderelement 5 mit der Verbinderbrücke 4 und definieren eine Distanz oder einen Spalt dazwischen.
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Die Verbinderbrücke 4 hat Halteelemente in der Form lateraler Bügel 9 auf beiden Seiten, die mit der Wandstruktur 7 in Kontakt stehen. Die Bügel 9 können als Anhang oder als zusätzliche Formung der Verbinderbrücke 4 vorgesehen sein. Ferner sind die Bügel einstückig mit der Verbinderbrücke 4 angeordnet und erstrecken sich geneigt in einer Aufwärtsrichtung. Somit sind die Bügel 9 unter einem Winkel relativ zur Verbinderbrücke 4 angeordnet. Mit anderen Worten sind die Bügel 9 in einer Richtung geneigt, die zur Montagerichtung der Verbinderbrücke 4 entgegengesetzt ist. Somit wirken die Bügel 9 als Gegenstruktur für die Rückfederkraft. In dem Fall, wo die Rückfederkraft auf die Verbinderbrücke 4 wirkt, halten die Bügel 9 die Verbinderbrücke 4 in einer Richtung, die zur Richtung der Rückfederkraft entgegengesetzt ist.
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In einer alternativen Ausführungsform (die in den Figuren nicht gezeigt ist) ist es auch möglich, solche Halteelemente 9 auf dem Endabschnitt 12 des Verbinderelements 5 oder auf jedem vom ersten und zweiten Abdeckungselement 3a, 3b anzuordnen. In der ersteren dieser Auslegungen wird das Verbinderelement 5 gegen die Rückfederkraft gehalten oder getragen und entspannt oder entlastet die Schweißverbindung zwischen dem Verbinderelement 5 und der Verbinderbrücke 4 von wenigstens einem Teil der Belastung, die aus der Rückfederkraft resultiert. In einer letzteren dieser Auslegungen wird entweder das Verbinderelement 5 oder die Verbinderbrücke 4 durch die Halteelemente 9 in seiner bzw. ihrer Position gehalten.
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6 zeigt eine Seitenansicht einer Batteriezellenanordnung 1 mit dem Verbinderelement 5 und der Leiterplatte 6. Die Schweißabschnitte 14a, 14b der Verbinderbrücke 4 sind an jeweilige Schweißabschnitte der Batteriezellen 2 geschweißt (nicht sichtbar). Spezifische Verbindungsbereiche 15 sind auf den Verbinderbrücken 4, 4a bis 4f für den Kontakt der Verbinderbrücken 4, 4a bis 4f mit den jeweiligen Verbinderelementen 5 vorgesehen. Einige der Verbindungsbereiche 15 werden von den Schweißabschnitten der Verbinderelemente 5 bedeckt und sind daher in dieser Ansicht nicht sichtbar.
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7 zeigt eine detaillierte Ansicht der Schweißabschnitte 14a, 14b der Verbinderbrücke 4. Die Schweißabschnitte 14a, 14b sind durch eine Vertiefung 8 voneinander getrennt. Beispielsweise ist der erste Schweißabschnitt 14a mit einem positiven oder Plus-Pol einer Batteriezelle 2 verbunden, und der zweite Schweißabschnitt 14b ist mit einem negativen oder Minus-Pol einer Batteriezelle 2 verbunden. Im Schweißprozess wird ein Schweißstrom vorgesehen, der von einem Schweißabschnitt 14a oder 14b zur Batteriezelle 2 geht und von dort zum anderen Schweißabschnitt 14a oder 14b. Wegen des Schweißstroms werden die Schweißabschnitte 14a, 14b erhitzt und die Schweißgeometrien werden miteinander verschweißt. Die Vertiefung 8 stellt sicher, dass der Schweißstrom vom Schweißabschnitt zur Batteriezelle 2 geht, und verhindert, dass der Schweißstrom nur von einem Schweißabschnitt 14a, 14b zum anderen geht, ohne durch den Batteriezellenteil zu fließen.
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Die Wandstruktur 7 umschließt die Schweißabschnitte 14a, 14b auf drei Seiten in der Form eines U. Jeder der Schweißabschnitte 14a, 14b umfasst ein Halteelement 9, das ein Bügel sein kann, der an die Wandstruktur 7 anliegt.
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Wenn die Verbinderbrücke 4 in ihre Position zwischen der Wandstruktur 7 eingeführt wird, fixieren die Bügel 9 die Schweißabschnitte 14a, 14b in ihrer Position in einer definierten Distanz zur Wandstruktur 7, und der Schweißprozess kann auf der Verbinderbrücke 4 durchgeführt werden. Ferner wird die Verbinderbrücke 4 innerhalb ihrer Position zwischen der Wandstruktur 7 im Fall eines Stoßes gesichert, z.B. wenn der Batteriesatz, wo die Batteriezellenanordnung 1 eingebaut ist, zu Boden fällt. Dann kann eine Belastung oder ein Stoß, der die Schweißverbindung zwischen der Verbinderbrücke 4 und der Batteriezelle 2 beeinträchtigt, wenigstens teilweise durch die Bügel 9 absorbiert oder reduziert werden. Ferner halten die Bügel 9 die Verbinderbrücke 4 gegen eine Rückfederkraft, die von einem Verbinderelement 5 transferiert wird, wie oben erläutert. Mit anderen Worten wirken die Bügel 9 als Widerhaken für die Verbinderbrücke 4.
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Nach dem Montage- und Schweißprozess zum Montieren der Verbinderbrücken 4, 4a bis 4f und der Verbinderelemente 5 an der Batteriezellenanordnung 1 können die Bereiche innerhalb der Wandstruktur 7 mit Harz oder einem synthetischen Material zur Einkapselung der elektrischen Verbindungen gefüllt werden, die von den Komponenten gebildet werden. So bilden die Wandstruktur 7 und das Harz oder synthetische Material eine Umhüllung für die darin gebildeten elektrischen Verbindungen.
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8 zeigt eine Draufsicht eines Verbinderelements 5, das an eine Verbinderbrücke 4 geschweißt ist, in einer installierten Position auf einem Abdeckungselement 3a, 3b. Die Verbinderbrücke 4 hat eine T-förmige Form und ist flach liegend innerhalb einer Wandstruktur 7 platziert, welche die Verbinderbrücke 4 umgibt.
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Jedes Ende des Querbalkens des T-förmigen Körpers der Verbinderbrücke 4 weist einen ersten Schweißabschnitt 14a und einen zweiten Schweißabschnitt 14b auf, die voneinander durch eine Vertiefung 8 getrennt sind. Auch der Endabschnitt 12 des Verbinderelements 5 weist zwei Schweißabschnitte auf. Schweißpunkte 10 sind auf dem Endabschnitt 12 des Verbinderelements 5 und auf den beiden Enden des Querbalkens des T-förmigen Körpers der Verbinderbrücke 4 vorgesehen.
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Der Endabschnitt der Verbinderbrücke 4, der mit dem Endabschnitt 12 des Verbinderelements 5 verbunden ist, kann eine Vertiefung 8 aufweisen oder kann ohne Vertiefung vorgesehen sein. Ferner kann der Endabschnitt 12 des Verbinderelements 5 und/oder der Endabschnitt der Verbinderbrücke 4 ein oder mehrere Halteelemente aufweisen.
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In dieser Ansicht weist der Endabschnitt der Verbinderbrücke 4 zwei Halteelemente 9a auf, die an die Wandstruktur 7 anliegen, wobei der Endabschnitt 12 auch Halteelemente aufweisen kann, die auch an die Wandstruktur 7 anliegen. Wegen der Rückfedernachgiebigkeit des Verbinderelements 5 tendiert der Endabschnitt 12 dazu, sich von der Umfangswandstruktur 7 weg und aus dieser zu bewegen. Die Halteelemente behindern eine Bewegung des Endabschnitts 12 aus seiner Position innerhalb der Wandstruktur 7.
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Aufgrund der Spannung, die vom Endabschnitt 12 des Verbinderelements 5 über die Schweißverbindung ausgeübt wird, wird der Endabschnitt der Verbinderbrücke 4 aus seiner Position innerhalb der Wandstruktur 7 gezogen. Die Halteelemente 9a behindern diese Bewegung oder wirken dieser entgegen.
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Die Endabschnitte des Querbalkens der T-förmigen Verbinderbrücke 5 weisen jeweils eine Vertiefung 8 und Schweißabschnitte 14a, 14b auf. Der Schweißabschnitt 14b, welcher der Schweißabschnitt ist, der zum Verbinderelement 5 gerichtet ist, weist ein Halteelement 9c auf, das an die Wandstruktur 7 anliegt. Der Schweißabschnitt 14a, welcher der Schweißabschnitt ist, der vom Verbinderelement 5 abgewandt ist, wird von einem Halteelement 9d in seiner Position gehalten, das auf der Wandstruktur 7 selbst vorgesehen ist, das z.B. einstückig mit der Wandstruktur 7 gebildet ist.
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Beispielsweise können zwei Halteelemente 9d auf der Wandstruktur 7 zum Halten der Schweißabschnitte 14a, 14b der Verbinderbrücke 4 vorgesehen sein, wohingegen auf der entgegengesetzten Seite der Schweißabschnitte 14a, 14b Halteelemente 9c einstückig mit der Verbinderbrücke 4 gebildet sind.
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9 zeigt eine Schnittansicht B-B der Verbinderbrücke 4, wie in 8 angezeigt. Der Schweißabschnitt 14b umfasst ein Halteelement 9c in der Form eines Bügels, der relativ zur Wandstruktur 7 geneigt ist. Auf der Seite des Schweißabschnitts 14a umfasst die Wandstruktur 7 ein Halteelement 9d in der Form eines Vorsprungs.
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Beide Schweißabschnitte 14a, 14b stehen mit der Batteriezelle 2 über die Schweißpunkte 10 in Kontakt und sind von der Batteriezelle 2 teilweise in einem Abstand vorgesehen. In dem Fall, dass das Verbinderelement 5 eine Kraft auf die Verbinderbrücke 4 gemäß der wie in 8 gezeigten Auslegung ausübt, erfahren die Schweißabschnitte 14a, 14b eine gewisse Art einer Drehkraft oder eines Drehmoments. In einer solchen Situation wirkt das Halteelement 9c in einer Richtung entgegengesetzt zu dieser Drehkraft, und als Ergebnis wird die Verbinderbrücke 4 in Position gehalten.
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Für die Installation der Verbinderbrücke 4 wird die Verbinderbrücke 4 in die Wandstruktur 7 gelegt, zuerst mit ihrem Schweißabschnitt 14a, der zwischen die Batteriezelle 2 und das Halteelement 9d hineinbewegt wird. Danach wird die Verbinderbrücke zwischen der Wandstruktur gedreht, so dass das Halteelement 9c mit der Wandstruktur 7 in Kontakt gelangt und die Verbinderbrücke parallel zur Batteriezelle 2 positioniert wird.
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10 zeigt eine Draufsicht eines Verbinderelements 5, das an eine Verbinderbrücke 4 geschweißt ist, mit einer unterschiedlichen Auslegung der Halteelemente 9a bis 9d. Die Verbindung des Verbinderelements 5 mit der Verbinderbrücke 4 ist ähnlich der wie vorstehend gezeigten Verbindung ausgelegt. Die Wandstruktur 7 umfasst jedoch vier Halteelemente 9d, die einstückig mit dieser gebildet sind. Jedes Halteelement 9d ist zum Halten oder Zurückhalten eines Schweißabschnitts 14a, 14b vorgesehen.
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11 zeigt eine Schnittansicht C-C der Verbinderbrücke 4, wie in 10 angezeigt. In dieser Auslegung weist die Wandstruktur 7 zwei Halteelemente 9d auf, die auf entgegengesetzten Seiten der Wandstruktur gebildet sind. Jedes eine der Halteelemente 9d hält einen der Schweißabschnitte 14a, 14b oder hält diese zurück.
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In einer alternative Ausführungsform können Halteelemente 9d, beispielsweise Rippen, auf der Wandstruktur 7 vorgesehen sein, wobei Halteelemente 9a, beispielsweise Bügel, auf den Verbinderelementen 5 und/oder auf den Verbinderbrücken 4 vorgesehen sein können. Die Halteelemente 9a auf den Verbinderelementen 5 und/oder auf den Verbinderbrücken 4 können unter den Halteelementen 9d auf der Wandstruktur 7 eingeschnappt werden. In einer solchen Auslegung können die Halteelemente 9d auf der Wandstruktur 7 die Halteelemente 9a auf den Verbinderelementen 5 und/oder auf den Verbinderbrücken 4 halten oder zurückhalten.
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12 zeigt eine Schnittansicht D-D der Verbinderbrücke 4, wie in 10 angezeigt. Auch in dieser Auslegung sind zwei Halteelemente 9d auf entgegengesetzten Seiten der Wandstruktur 7 gebildet. Es sind jedoch Ausschnitte 16 zwischen den Halteelementen 9d und der Batteriezelle 2 vorgesehen. In beiden Auslegungen kann zur Installation die Verbinderbrücke 4 in die Geometrie der Wandstruktur 7 eingeschnappt werden, d.h. die Halteelemente 9d bilden eine Klinke für die Schweißabschnitte 14a, 14b, die wegen der zwischen ihnen gebildeten Vertiefung 8 zusammengedrückt werden können. So wird eine Schnappverbindung für die Verbinderbrücke 4 mit der Wandstruktur 7 hergestellt.
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Im Allgemeinen können die Halteelemente 9, 9a, 9c, 9d vorteilhaft in einer an die gewünschte Auslegung der Batteriezellenanordnung 1 angepassten Weise vorgesehen werden. Insbesondere können die Halteelemente 9, 9a, 9c, 9d allein oder in einer Vielzahl auf den Verbinderbrücken 4, 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f angeordnet sein, und insbesondere auf den Endabschnitten der I-förmigen, H-förmigen, L-förmigen oder T-förmigen Verbinderbrücken, auf den Verbinderelementen 5 oder auf der Wandstruktur 7.
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Liste der Bezugszahlen
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- 1
- Batteriezellenanordnung
- 2
- Batteriezelle
- 3a
- erstes Abdeckungselement
- 3b
- zweites Abdeckungselement
- 4, 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f
- Verbinderbrücken
- 5
- Verbinderelemente
- 5a
- erster Schweißabschnitt
- 5b
- zweiter Schweißabschnitt
- 6
- Leiterplatte
- 7
- Wandstruktur
- 8
- Vertiefung
- 9, 9a, 9c, 9d
- Halteelement
- 10
- Schweißpunkte
- 11
- Mittelabschnitt des Verbinderelements
- 12
- Endabschnitt des Verbinderelements
- 13
- Biegelinie erster Schweißabschnitt der Verbinderbrücke zweiter Schweißabschnitt der Verbinderbrücke
- 15
- Verbindungsbereich
- 16
- Ausschnitt
