DE202014007259U1

DE202014007259U1 - Handwerkzeugakku

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Publication number: DE202014007259U1
Application number: DE201420007259
Authority: DE
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-09-05
Filing date: 2014-09-05
Publication date: 2014-10-02
Anticipated expiration: 2024-09-06
Also published as: CN205466044U

Abstract

Handwerkzeugakku mit einem Gehäuse (36), mindestens einer Akkuzelle (12) und einer Induktivladeeinheit (14), die zumindest einen Spulenkern (17) und eine Induktivladespule (18) zu einer Aufladung der mindestens einen Akkuzelle (12) aufweist, wobei der Spulenkern (17) zumindest zwei Spulenkernelemente (16) von definierter Form aufweist, welche getrennt voneinander und relativ zueinander bewegbar angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine Haftschicht (110) vorgesehen ist, welche sich über die zumindest zwei Spulenkernelemente (16) derart erstreckt, dass die Haftschicht (110) die zumindest zwei Spulenkernelemente (16) miteinander verbindet.

Description

Stand der Technik
Es ist bereits ein Handwerkzeugakku mit mindestens einer Akkuzelle und einer Induktivladeeinheit, die zumindest einen Spulenkern und eine Induktivladespule zu einer Aufladung der mindestens einen Akkuzelle aufweist, wobei der Spulenkern zumindest zwei Spulenkernelemente von definierter Form aufweist, welche getrennt voneinander und relativ zueinander bewegbar angeordnet sind, vorgeschlagen worden.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einem Handwerkzeugakku mit einem Gehäuse, mindestens einer Akkuzelle und einer Induktivladeeinheit, die zumindest einen Spulenkern und eine Induktivladespule zu einer Aufladung der mindestens einen Akkuzelle aufweist, wobei der Spulenkern zumindest zwei Spulenkernelemente von definierter Form aufweist, welche getrennt voneinander und relativ zueinander bewegbar angeordnet sind.
Es wird vorgeschlagen, dass eine Haftschicht vorgesehen ist, welche sich über die zumindest zwei Spulenkernelemente derart erstreckt, dass die Haftschicht die zumindest zwei Spulenkernelemente miteinander verbindet. In einer vorteilhaften Ausführung des Handwerkzeugakkus sind vier Spulenkernelemente vorgesehen, wobei sich die Haftschicht über die vier Spulenkernelemente derart erstreckt, dass die Haftschicht die vier Spulenkernelemente miteinander verbindet. Durch die Haftschicht kann insbesondere eine Formstabilität des Spulenkerns im Falle eines Bruchs, beispielsweise bei einem freien Fall des Handwerkzeugakkus, erreicht werden, indem entstehende Bruchstücke durch Verbindung mit der Haftschicht zusammengehalten werden. Durch die Haftschicht kann auch ein Ablösen von kleineren Bruchstücken und Splittern der Spulenkernelemente sowie ein Abrieb von pulverförmigem Material der Spulenkernelemente verhindert werden, welche durch Stöße und Vibrationen im Betrieb des Handwerkzeugakkus entstehen. Insgesamt bleiben durch die Haftschicht die Magnetfeldbündelungseigenschaften des Spulenkerns zumindest im Wesentlichen erhalten.
Unter einem „Handwerkzeugakku” soll insbesondere eine Vorrichtung mit mindestens einer Akkuzelle und zumindest einer Elektronik zu einer Auf- und Entladung der Akkuzelle verstanden werden, wobei die Vorrichtung dazu vorgesehen ist, zumindest ein Handwerkzeug mit elektrischer Energie zu versorgen. Bevorzugt ist der Handwerkzeugakku dazu vorgesehen, mit dem Handwerkzeug durch einen Bediener insbesondere werkzeuglos lösbar zu koppeln. Alternativ könnte der Handwerkzeugakku in das Handwerkzeug integriert sein. Insbesondere soll unter einem „Handwerkzeug” in diesem Zusammenhang ein durch einen Benutzer handgeführtes Elektrogerät, wie insbesondere eine Bohrmaschine, ein Bohrhammer, eine Säge, ein Hobel, ein Schrauber, eine Fräse, ein Schleifer, ein Winkelschleifer, ein Multifunktionswerkzeug, ein Baustellenmessgerät und/oder ein Gartengerät wie eine Hecken-, Strauch- und/oder Grasschere, verstanden werden. Vorzugsweise ist das Handwerkzeug als eine Handwerkzeugmaschine, also als ein werkstückbearbeitendes Handwerkzeug, ausgebildet. Insbesondere soll unter einem „Gehäuse” ein Bauteil oder eine Baugruppe verstanden werden, das oder die dazu vorgesehen ist, zumindest die Induktivladeeinheit und die Akkuzellen gegenüber der Umgebung vor einer mechanischen Beschädigung und/oder Verschmutzung zu schützen. Insbesondere bildet das Gehäuse ein mehrteiliges Gehäuse des Handwerkzeugakkus. Insbesondere definiert das Gehäuse eine Form und eine Größe des Handwerkzeugakkus. Vorzugsweise weist das Gehäuse eine Befestigungsvorrichtung zu einer Befestigung des Handwerkzeugakkus an dem Handwerkzeug auf. Vorteilhaft weist das Gehäuse Kontaktaussparungen auf, durch die ein elektrischer Kontakt zwischen dem Handwerkzeug und zumindest der Akkuzelle herstellbar ist. Unter einer „Akkuzelle” soll insbesondere ein Mittel verstanden werden, das zu einer elektrochemischen Speicherung elektrischer Energie mittels einer reversiblen Reaktion vorgesehen ist. Die Akkuzelle kann beispielsweise von einer Bleiakkuzelle, einer NiCd-Akkuzelle, einer NiMH-Akkuzelle, bevorzugt jedoch von einer lithiumbasierten Akkuzelle, gebildet sein. Die Akkuzellen können von Akkuzellen unterschiedlicher Nennspannungen gebildet sein, beispielsweise Nennspannungen von 1,2 V, 1,5 V oder vorteilhaft ca. 3,6 V. Bevorzugt weisen die Akkuzellen eine Zylinderform auf, wobei andere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Formen möglich sind. Vorteilhaft weist der Handwerkzeugakku mehrere Akkuzellen auf, beispielsweise zumindest zwei, drei, vier, fünf oder zehn. Insbesondere sind die Akkuzellen parallel und/oder in Reihe geschaltet. Insbesondere soll unter einer „Induktivladeeinheit” eine Einheit zur Aufladung der Akkuzelle verstanden werden, die einen Ladestrom über Induktion empfängt und die zumindest die Induktivladespule und zumindest einen Spulenkern zu einer Erhöhung einer Induktivität der zumindest einen Induktivladespule sowie vorteilhaft eine Induktivladeelektronik umfasst.
Unter einem „Spulenkern” soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Mittel verstanden werden, das dazu vorgesehen ist, ein elektromagnetisches Feld zu bündeln. Insbesondere ist der Spulenkern zumindest im Wesentlichen von einem Magnetwerkstoff gebildet. Unter einem „Magnetwerkstoff” soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein ferrimagnetischer, insbesondere weichmagnetischer, Werkstoff verstanden werden. Alternativ oder zusätzlich könnte der Spulenkern ferromagnetische und/oder antiferromagnetische Werkstoffe aufweisen. Vorteilhaft ist der Magnetwerkstoff von einem Ferritmaterial gebildet. Unter einem „Ferrit” soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Werkstoff verstanden werden, der zu mindestens 70%, vorteilhaft zu mindestens 80%, vorzugsweise zu mindestens 90%, aus Eisenoxid (Fe₂O₃ und/oder Fe₃O₄) gebildet ist. Bevorzugt weist der Magnetwerkstoff eine Permeabilitätszahl μ größer als 100, bevorzugt größer als 1000, besonders bevorzugt größer als 5000, auf. Der Spulenkern ist vorteilhaft als zumindest ein Sinterbauteil ausgebildet. Vorzugsweise ist der Spulenkern mittels zumindest eines Sintervorgangs hergestellt, der dem Spulenkern seine bestimmungsgemäße Form gibt. Alternativ könnte der Spulenkern als ein Verbundbauteil ausgebildet sein, das von einem Matrixmaterial aus Magnetwerkstoff, beispielsweise Sinterbruchstücken, und Verbindungsmittel, beispielsweise einem Harz, gebildet ist. Der Spulenkern weist zumindest zwei Spulenkernelemente von definierter geometrischer Form auf, welche getrennt voneinander und relativ zueinander bewegbar angeordnet sind. Dadurch kann eine geringere mechanische Empfindlichkeit erreicht werden. Unter „Spulenkernelementen von definierter geometrischer Form” sollen insbesondere keine Spulenkernbruchstücke verstanden werden, welche durch Brechen eine undefinierte, zufällige Form haben. Unter „relativ zueinander bewegbar angeordnete Spulenkernelemente” sollen insbesondere keine Spulenkernelemente verstanden werden, welche mechanisch starr miteinander verbunden sind. Insbesondere weist der Spulenkern mehr als zwei, vorzugsweise vier, Spulenkernelemente von definierter Form auf. Die Spulenkernelemente sind insbesondere von im Wesentlichen gleichförmigen Spulenkernelementen gebildet, welche dieselbe geometrische Form und/oder Größe aufweisen. Die Spulenkernelemente können alternativ auch von unterschiedlicher geometrischer Form und/oder Größe sein. Der Spulenkern kann zum Beispiel eine kreisförmige Grundform haben, wobei die Spulenkernelemente von Kreissektoren gebildet sind. Dabei sind die Spulenkernelemente insbesondere pizzastückförmig ausgebildet. Der Spulenkern kann alternativ zum Beispiel eine rechteckförmige, insbesondere quadratische, Grundform aufweisen, wobei vorzugsweise vier Spulenkernelemente vorgesehen sind, die im Wesentlichen gleichförmige Teilstücke des Spulenkerns bilden. Die vier Spulenkernelemente bilden zumindest im Wesentlichen Quadranten der rechteckförmigen Grundform des Spulenkerns. Dabei können die außenliegenden Ecken der Quadranten abgerundet sein.
Unter einer „Induktivladespule” soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Spule mit mindestens einer Wicklung aus einem elektrisch leitenden Material verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, in zumindest einem Betriebszustand eine elektrische Energie, die bei einem Ladevorgang von einer Induktivladespule eines Induktivladegeräts gesendet wird, zu empfangen und über die Induktivladeelektronik einer Akkuzelle zuzuführen. Insbesondere ist die Induktivladespule dazu vorgesehen, ein elektromagnetisches Wechselfeld in einen elektrischen Wechselstrom umzuwandeln und/oder umgekehrt. Bevorzugt weist das Wechselfeld eine Frequenz von 10–500 kHz, besonders bevorzugt von 100–120 kHz, auf. Vorzugsweise ist die Induktivladespule als eine gewickelte Spule mit einer Mehrzahl von Wicklungen ausgebildet. Alternativ könnte die Induktivladespule als eine auf einer Platine aufgebrachte Spule ausgebildet sein. Insbesondere soll unter einer „Aufladung” ein Vorgang verstanden werden, bei dem eine Energie induktiv von dem Induktivladegerät auf den Handwerkzeugakku übertragen wird.
In einer einfachen Ausgestaltung kann die Induktivladespule direkt mit dem Spulenkern verbunden sein. Die Induktivladespule kann zum Beispiel durch Kleben an dem Spulenkern bzw. den Spulenkernelementen befestigt sein. In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Induktivladeeinheit ein Spulengehäuse auf, welches die Induktivladespule relativ zu dem Spulenkern bzw. den Spulenkernelementen positioniert. Das Spulengehäuse weist dabei eine erste Ausnehmung zur Aufnahme der Induktivladespule und eine zweite Ausnehmung zur Aufnahme des Spulenkerns auf. Die Ausnehmung zur Aufnahme der Induktivladespule in Form einer gewickelten Spule ist insbesondere eine nutförmige Ausnehmung, in die die Induktivladespule aufgewickelt ist. Die Ausnehmung zur Aufnahme des Spulenkerns umfasst insbesondere mehrere Ausnehmungen, wobei jede einzelne Ausnehmung zur Aufnahme von jeweils einem Spulenkernelement vorgesehen ist. Die Spulenkernelemente sind insbesondere in die jeweilige Ausnehmung eingelegt. Daraus ergibt sich, dass die Spulenkernelemente im Rahmen der üblichen Toleranzen relativ zueinander bewegbar angeordnet sind. Die Spulenkernelemente können in den Ausnehmungen auch lösbar oder unlösbar befestigt sein. Die einzelnen Ausnehmungen sind insbesondere beabstandet voneinander ausgebildet. Daraus ergibt sich, dass auch die Spulenkernelemente beabstandet und getrennt voneinander angeordnet sind. Zwei zueinander benachbarte Ausnehmungen sind insbesondere durch ein Trennelement, zum Beispiel in Form eines Steges, voneinander getrennt. Das Trennelement zwischen zwei benachbarten Ausnehmungen dient als Abstandselement zur Beabstandung zwei zueinander benachbarter Spulenkernelemente.
Es wird insbesondere vorgeschlagen, dass sich die Haftschicht über eine der Akkuzelle zugewandte Oberfläche der Spulenkernelemente im Wesentlichen vollständig erstreckt. Alternativ erstreckt sich die Haftschicht über eine der Induktivladespule zugewandte Oberfläche der Spulenkernelemente im Wesentlichen vollständig. Dabei bedeckt die Haftschicht zumindest eine großflächige Seitenfläche des Spulenkerns bzw. der Spulenkernelemente im Wesentlichen vollständig, wodurch die stabilisierende Wirkung der Haftschicht erhöht wird. In einer besonders vorteilhaften Ausführung erstreckt sich die Haftschicht über beide Oberflächen der Spulenkernelemente im Wesentlichen vollständig. Dabei bedeckt die Haftschicht zumindest zwei großflächige Seitenflächen des Spulenkerns bzw. der Spulenkernelemente im Wesentlichen vollständig, wodurch die stabilisierende Wirkung der Haftschicht weiter erhöht wird.
In einer einfachen Ausgestaltung kann die Haftschicht eine Kunststofffolie aufweisen. Insbesondere ist die Haftschicht dabei von einer selbstklebenden Kunststofffolie gebildet. Die selbstklebende Kunststofffolie kann besonders einfach auf den Spulenkern bzw. die Spulenkernelemente aufgebracht werden. Alternativ kann die Haftschicht auch eine Matte aus elastischem Material aufweisen. In dieser Ausgestaltung der Haftschicht kann ein noch besserer Schutz des Spulenkerns vor Bruch und/oder Zersplitterung erzielt werden.
In einer Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Induktivladespule auf einer Spulenebene der Induktivladespule eine kreisförmige Grundform aufweist, wodurch eine optimale Ladung bei unterschiedlichen Ausrichtungen des Handwerkzeugakkus relativ zu einer Induktivladeeinheit um eine Wicklungsachse der Induktivladespule erreicht werden kann. Unter einer „Spulenebene” soll insbesondere eine Ebene verstanden werden, die durch einen Mittelpunkt der Induktivladespule verläuft und senkrecht zu einer Richtung einer Feldlinie an dem Mittelpunkt ausgerichtet ist. Vorzugsweise ist eine Haupterstreckungsebene der Induktivladespule parallel zu der Spulenebene ausgerichtet. Insbesondere soll unter einer „Ebene parallel zu der Spulenebene” eine Ebene verstanden werden, die parallel zu der Spulenebene ausgerichtet ist und die von der Spulenebene beabstandet sein kann. Vorzugsweise ist die Ebene von der Spulenebene beabstandet angeordnet. Unter einer „kreisförmigen Grundform” soll insbesondere eine Form auf der Ebene verstanden werden, deren Außenerstreckung zumindest im Wesentlichen kreisförmig ausgebildet ist. Unter „im Wesentlichen” soll insbesondere mit weniger als 10% Abweichung, vorteilhaft mit weniger als 5% Abweichung, verstanden werden.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der Spulenkern auf der Ebene parallel zu der Spulenebene eine rechteckförmige Grundform aufweist, wodurch eine optimale Baugröße und Bauform erreicht werden kann. Unter einer „rechteckförmige Grundform” soll insbesondere eine Form verstanden werden, deren Außenerstreckung zumindest im Wesentlichen rechteckförmig ausgebildet ist. Vorzugsweise weist der Spulenkern in der Ebene eine rechteckförmige Grundform mit abgerundeten Ecken auf. Vorzugsweise ist die Ebene parallel zu der Spulenebene wenigstens 1 mm, vorteilhaft wenigstens 2 mm, besonders vorteilhaft wenigstens 4 mm, von der Spulenebene beabstandet angeordnet. Alternativ könnte der Spulenkern auf der Ebene parallel zu der Spulenebene eine kreisförmige Grundform aufweisen.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Induktivladeeinheit eine eigenständig testbare Baugruppe bildet, wodurch ein Test der Induktivladeeinheit zu einem frühen Produktionszeitpunkt möglich ist. Insbesondere soll unter einer „Baugruppe” eine Anzahl von Bauteilen verstanden werden, die dazu vorgesehen sind, miteinander verbunden eine stabile Einheit zu bilden. Insbesondere soll unter einer „eigenständig testbaren Baugruppe” in diesem Zusammenhang eine Baugruppe verstanden werden, deren Funktion insbesondere von den Akkuzellen und/oder von einer Handwerkzeugelektronik getrennt testbar ist. Insbesondere ist die Baugruppe vorteilhaft nur mit geometrischen Änderungen einzelner Bauelemente, beispielsweise eines Gehäuseteils, in verschiedenen Akkutypen einsetzbar. In einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Induktivladeeinheit mittels zumindest eines Verbindungselements zu der Baugruppe verbunden ist. Das Verbindungselement ist insbesondere ein Verbindungselement zur lösbaren mechanischen Verbindung der einzelnen Bauelemente zu der Baugruppe. Das Verbindungselement ist insbesondere ein unmagnetisches Verbindungselement, wodurch eine hohe Güte bei einer Energieübertragung des Ladevorgangs erreicht werden kann. Insbesondere soll unter einem „unmagnetischen Verbindungselement” ein Mittel verstanden werden, das dazu vorgesehen ist, die Bauteile der Induktivladeeinheit aneinander zu befestigen, und das eine magnetische Permeabilität kleiner als 10, vorteilhaft kleiner als 2, besonders vorteilhaft von im Wesentlichen 1, aufweist. Vorzugsweise ist das Verbindungselement aus einem nichtmetallischen Material gefertigt. Bevorzugt ist das Verbindungselement aus einem elektrisch isolierenden und einem unmagnetischen Material gebildet.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Induktivladeeinheit ein Gehäuseelement des Handwerkzeugakkus umfasst. Dadurch erhält die Induktivladeeinheit als eigenständig testbare Baugruppe einen mechanisch vergleichsweise robusten Aufbau. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Verbindungselement zur mechanisch lösbaren Verbindung der Komponenten der Induktivladeeinheit zu einer Baugruppe an dem Gehäuseelement des Handwerkzeugakkus ausgebildet. Dadurch kann die Induktivladeeinheit konstruktiv einfach zu der Baugruppe verbunden werden. Unter einem „Gehäuseelement” soll insbesondere ein Mittel verstanden werden, das zumindest eine Außenseite des Handwerkzeugakkus aufweist. Vorteilhaft weist das Gehäuseelement eine Induktivladeseite auf. Insbesondere soll unter einer „Induktivladeseite” eine Außenseite des Gehäuses verstanden werden, durch die die Induktivladespule die magnetische Energie empfängt. Insbesondere ist die Induktivladeseite senkrecht zu einer Wicklungsachse der Induktivladespule ausgerichtet und am nächsten zu der Induktivladespule angeordnet. Unter dem Begriff „verrasten” soll insbesondere verstanden werden, dass das Gehäuseelement ein Formschlussmittel aufweist, das bei einem Zusammenfügen der Induktivladeeinheit mit der Induktivladeelektronik koppelt. Vorzugsweise weist das Gehäuse zumindest zwei Gehäuseelemente auf. Die zwei Gehäuseelemente können zum Beispiel als Gehäusehalbschalen ausgebildet sein. Besonders bevorzugt weist das Gehäuse mehr als zwei Gehäuseelemente auf, beispielsweise vier Gehäuseelemente, die vorteilhaft das Gehäuse jeweils auf unterschiedlichen Seiten begrenzen.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Induktivladeeinheit eine Induktivladeelektronik aufweist, die dazu vorgesehen ist, die Akkuzelle zu laden, wodurch ein vorteilhafter Schutz der Akkuzellen konstruktiv einfach möglich ist Insbesondere soll unter einer Induktivladeelektronik” eine Elektronik verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, den Ladevorgang zumindest zu steuern. Vorzugsweise ist die Induktivladeelektronik dazu vorgesehen, zur Steuerung des Ladevorgangs und/oder zur Fremdobjekterkennung mit dem Induktivladegerät zu kommunizieren.
Zudem wird vorgeschlagen, dass der Handwerkzeugakku ein Wärmeausgleichselement aufweist, das dazu vorgesehen ist, Wärme gleichmäßig zu verteilen, wodurch eine gleichmäßige Erwärmung insbesondere der Akkuzellen erreicht werden kann. Dadurch kann eine Beschädigung einzelner Akkuzellen bei einer Schnellladung vermieden werden. Insbesondere soll unter einem „Wärmeausgleichselement” ein Mittel verstanden werden, das dazu vorgesehen ist, die Wärme von einem Punkt zu einem anderen Punkt zu leiten. Bevorzugt weist das Wärmeausgleichselement eine Wärmeleitfähigkeit λ größer als 50 W/(mK), vorteilhaft größer als 100 W/(mK), besonders vorteilhaft größer als 200 W/(mK) auf. Vorzugsweise umfasst das Wärmeausgleichselement zumindest ein, dem Fachmann als sinnvoll erscheinendes wärmeleitendes Metall, vorteilhaft jedoch Kupfer, Silber und/oder besonders vorteilhaft Aluminium. Alternativ könnte das Wärmeausgleichselement ein anderes, dem Fachmann als sinnvoll erscheinendes Wärmeausgleichselement umfassen, beispielsweise zumindest eine Heatpipe. Vorzugsweise ist das Wärmeausgleichselement ein Bauelement der Induktivladeeinheit. Vorzugsweise weist das Wärmeausgleichselement eine Wärmeleitquerschnittsfläche größer als 10 mm², besonders bevorzugt größer als 20 mm², auf. Unter der Wendung „Wärme gleichmäßig verteilen” soll insbesondere verstanden werden, dass das Wärmeausgleichselement an einer Stelle, insbesondere bei einem Ladevorgang an der Induktivladeelektronik, entstehende Wärme auf einen größeren Bereich, insbesondere an vorteilhaft alle Akkuzellen, weiterleitet.
Der erfindungsgemäße Handwerkzeugakku soll hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann der erfindungsgemäße Handwerkzeugakku zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen.
Zeichnung
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen:
1 einen erfindungsgemäßen Handwerkzeugakku in einer perspektivischen Ansicht,
2 einen Schnitt des Handwerkzeugakkus aus 1,
3 eine erste Ausführungsform einer Induktivladeeinheit des Handwerkzeugakkus aus 1 in einer Explosionsdarstellung,
4 eine zweite Ausführungsform einer Induktivladeeinheit des Handwerkzeugakkus aus 1 in einer Explosionsdarstellung,
5 einen Schnitt einer dritten Ausführungsform einer Induktivladeeinheit des Handwerkzeugakkus aus 1.
Die 1 und 2 zeigen einen erfindungsgemäßen Handwerkzeugakku 10 mit einem Gehäuse 36, mehreren Akkuzellen 12 und einer Induktivladeeinheit 14 mit einem Wärmeausgleichselement 54 und einer Induktivladeelektronik 30. Bei einem Betrieb einer nicht näher dargestellten Handwerkzeugmaschine stellt der Handwerkzeugakku 10 eine Betriebsenergie der Handwerkzeugmaschine bereit. Die Akkuzellen 12 sind dazu vorgesehen, die Betriebsenergie zwischen einem Ladevorgang und einer Abgabe der Betriebsenergie zu speichern. Der Handwerkzeugakku 10 weist beispielhaft fünf Akkuzellen 12 auf. Die Akkuzellen 12 sind in Reihe geschaltet. Somit beträgt eine Nennspannung des Handwerkzeugakkus 10 18 Volt bei einer Akkuzellenspannung von 3,6 Volt. Das Gehäuse 36 umfasst beispielhaft ein unteres Gehäuseelement 32 und ein oberes Gehäuseelement 33. Das obere Gehäuseelement 33 ist mit einer Schnittstelleneinheit 40 ausgebildet, welche dazu vorgesehen ist, den Handwerkzeugakku 10 mit einer Handwerkzeugmaschine lösbar mechanisch und elektrisch zu verbinden. Die Schnittstelleneinheit 40 umfasst Führungselemente 41 zum Einführen des Handwerkzeugakkus 10 in einen Aufnahmebereich einer Handwerkzeugmaschine. Die Schnittstelleneinheit 40 umfasst ferner ein Verriegelungselement 43, beispielhaft in Form eines schwenkbaren Riegels, zur lösbaren Verriegelung des Handwerkzeugakkus 10 mit einer Handwerkzeugmaschine. Die Schnittstelleneinheit 40 umfasst weiterhin elektrische Kontaktelemente 42 zur Energieübertragung und zur Kommunikation mit der Handwerkzeugmaschine.
Die 2 und 3 zeigen die Induktivladeeinheit 14. Die Induktivladeeinheit 14 weist einen Spulenkern 17, eine Induktivladespule 18 und ein Spulengehäuse 50 sowie die Induktivladeelektronik 30 und das Wärmeausgleichselement 54 auf. Das Spulengehäuse 50 ist dazu vorgesehen, den Spulenkern 17 und die Induktivladespule 18 relativ zueinander anzuordnen. Das Spulengehäuse 50 weist eine Ausnehmung 55 in Form einer umlaufenden Nut auf, in der die Induktivladespule 18 aufgewickelt ist. Die Ausnehmung 55 weist einen kreisförmigen Verlauf auf. Die Ausnehmung 55 ist auf einer Außenseite zur Aufnahme der Induktivladespule 18 offen ausgebildet. Die Induktivladespule 18 wird von einer mehrere Wicklungen aufweisenden Spule gebildet. Die Induktivladespule 18 ist auf das Spulengehäuse 50 von der Außenseite her aufgewickelt. Die Induktivladespule 18 empfängt bei einem Ladevorgang eine magnetische Energie einer Induktivladespule eines nicht näher dargestellten Induktivladegeräts durch das Gehäuseelement 32 des Gehäuses 36 hindurch. Die Induktivladespule 18 weist auf einer Spulenebene der Induktivladespule 18 eine kreisförmige Grundform auf. Die Induktivladespule 18 weist beispielhaft einen Durchmesser von 77 mm auf. Die Induktivladespule 18 umschließt den Spulenkern 17 auf einer Spulenebene.
Der Spulenkern 17 ist aus einem ferromagnetischen Material, und zwar aus einem Ferrit. Der Spulenkern 17 weist mehrere Spulenkernelemente 16, hier beispielhaft vier Spulenkernelemente, auf. Alternativ könnte der Spulenkern 17 eine andere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Anzahl von Spulenkernelementen 16, beispielsweise zwei, drei, fünf, sechs oder mehr, aufweisen. Die Spulenkernelemente 16 des Spulenkerns 17 sind pizzastückförmig ausgebildet und angeordnet. Die Spulenkernelemente 16 sind von definierter geometrischer Form. Alle Spulenkernelemente 16 sind von derselben definierten geometrischen Form und von derselben Größe. Alternativ könnten die Spulenkernelemente 16 zwar eine definierte, aber unterschiedliche geometrische Form und/oder unterschiedliche Größe aufweisen. Wie weiter unten näher beschrieben, sind die Spulenkernelemente 16 getrennt voneinander und relativ zueinander bewegbar angeordnet.
Der Spulenkern 17 weist auf einer Ebene, die parallel zu der Spulenebene der Induktivladespule 18 ausgerichtet ist und die zwischen der Spulenebene und der Induktivladeelektronik 30 angeordnet ist, eine rechteckförmige Grundform mit abgerundeten Ecken auf. Somit weisen die Induktivladespule 18 auf der Spulenebene und der Spulenkern 17 auf der Ebene parallel zu der Spulenebene unterschiedliche Grundformen auf. Zwei parallele Außenseiten des Spulenkerns 17 weisen beispielhaft einen Abstand auf der Ebene von 74,6 mm auf. Die abgerundeten Ecken des Spulenkerns 16 weisen beispielhaft einen Radius von 19,4 mm auf. Somit verbreitert sich der Spulenkern 17 von der Spulenebene aus gesehen in Richtung der Akkuzellen 12. Der Spulenkern 17 weist auf der Ebene zwischen der Spulenebene und der Induktivladeelektronik 30 seine größte Erstreckungsfläche auf. Diese Erstreckungsfläche weist eine größere Fläche auf als eine Erstreckungsfläche der Induktivladespule 18 auf der Spulenebene. In der Spulenebene weist der Spulenkern 16 beispielhaft einen Durchmesser von im Wesentlichen 61 mm auf. Die angegebenen Maße des Spulenkerns 17 und der Induktivladespule 18 sind beispielhafte Maße, die der Fachmann an den jeweiligen Einsatzbereich, insbesondere von einer Akkugröße abhängig, anpasst.
Das Spulengehäuse 50 umfasst mehrere Ausnehmungen 51, welche als Aufnahmebereiche zur Aufnahme jeweils eines Spulenkernelements 16 ausgebildet sind. Das Spulengehäuse 50 weist Trennelemente 53 in Form von Stegen auf, welche dazu ausgebildet sind, zueinander benachbarte Aufnahmebereiche 51 voneinander zu trennen. Durch die Trennelemente 53 sind die Spulenkernelemente 16 des Spulenkerns 17 getrennt voneinander und beabstandet voneinander angeordnet. Im Rahmen der üblichen Toleranzen sind die Spulenkernelemente 16 in den Aufnahmebereichen 51 spielbehaftet aufgenommen. Dadurch ergibt sich eine im Rahmen der üblichen Toleranzen relative Bewegbarkeit der Spulenkernelemente 16 relativ zueinander.
Die Induktivladeeinheit 14 weist eine Haftschicht 110 auf, welche dazu ausgebildet ist, auf einer Oberfläche des Spulenkerns 17 zu haften. Dabei erstreckt sich die Haftschicht 110 derart über die Oberfläche des Spulenkerns 17, dass die Haftschicht 110 benachbart zueinander angeordnete Spulenkernelemente 16 miteinander verbindet. Die Haftschicht 110 erstreckt sich über die Oberfläche der vier Spulenkernelemente 16 derart, dass die Haftschicht 110 die vier Spulenkernelemente miteinander verbindet. Die Haftschicht 110 ist auf einer den Akkuzellen 12 bzw. der Induktivladeelektronik 30 zugewandten Oberfläche der Spulenkernelemente 16 angeordnet und erstreckt sich im Wesentlichen vollständig über diese Oberfläche der Spulenkernelemente 16. Die Haftschicht 110 bildet somit eine zusammenhängende Schicht, welche die Oberfläche der Spulenkernelemente 16 im Wesentlichen vollständig bedeckt. Dabei hat die Haftschicht 110 eine flächige Ausdehnung, die im Wesentlichen der flächigen Ausdehnung des Spulenkerns 17 auf einer den Akkuzellen 12 bzw. der Induktivladeelektronik 30 zugewandten Oberfläche entspricht. Die Haftschicht 110 ist von einer selbstklebenden Kunststofffolie gebildet. Sollte aufgrund von Stößen, Schwingungen oder aufgrund eines freien Falls eines oder mehrere der Spulenkernelemente 16 Risse, Brüche oder dergleichen ausbilden, ermöglicht die Haftschicht 110 den Zusammenhalt aller Einzelstücke der Spulenkernelemente 16 und damit die ungestörte Funktionsweise des Spulenkerns 17. Die Haftschicht 110 verhindert ferner, dass sich einzelne Bruchstücke von den Spulenkernelementen 16 vollständig ablösen und gegebenenfalls frei in dem Gehäuse 36 des Handwerkzeugakkus 10 bewegen können.
Das Gehäuseelement 32 des Gehäuses 36 weist eine Ausnehmung 31 auf, welche einen Aufnahmebereich für die Induktivladeeinheit 14 bildet. Das Gehäuseelement 32 weist Verbindungselemente 26, 28 auf, die dazu vorgesehen sind, die Bauelemente der Induktivladeeinheit 14 zu einer mechanisch stabilen und eigenständig testbaren Baugruppe zu verbinden. Die Verbindungselemente 26, 28 sind einstückig mit dem Gehäuseelement 32 ausgebildet und somit aus einem unmagnetischen Material, nämlich einem, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Kunststoff. Die Verbindungselemente 26, 28 sind als Rasthaken ausgebildet. Die Verbindungselemente 26, 28 dienen der mechanisch lösbaren Verbindung der Bauelemente der Induktivladeeinheit 14 miteinander. Die Verbindungselemente 26, 28 des Gehäuseelements 32 sind in einem montierten Betriebszustand mit dem Wärmeausgleichselement 54 verrastet. Das Wärmeausgleichselement 54 befestigt wiederum die Induktivladeelektronik 30. Alternativ oder zusätzlich könnten die Verbindungselemente 26, 28 mit der Induktivladeelektronik 30 verrasten. Die Verbindungselemente 26, 28 sind auf gegenüberliegenden Seiten der Induktivladeelektronik 30 angeordnet. Die Verbindungselemente 26, 28 befestigen die Induktivladeelektronik 30 über das Wärmeausgleichselement 54 zumindest formschlüssig.
Die Induktivladeelektronik 30 ist dazu vorgesehen, die Akkuzelle 12 mit einer von der Induktivladespule 18 empfangenen Energie zu laden. Die Kontakte 52 der Induktivladespule 18 sind auf einer der Induktivladeseite 44 abgewandten Seite mit der Induktivladeelektronik 30 verbunden, und zwar hier verlötet. Dazu weist die Induktivladeelektronik 30 eine nicht näher dargestellte Bestückung auf einer den Akkuzellen 12 zugewandten Seite auf. Eine Leiterplatte der Induktivladeelektronik 30 ist zweilagig ausgebildet. Auf einer den Akkuzellen 12 abgewandten Seite weist die Induktivladeelektronik 30 eine nicht näher dargestellte Kupferbeschichtung auf. Die Kupferbeschichtung weist mehrere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Teilflächen mit unterschiedlichen Potenzialen auf. Bauteile der Bestückung, die sich bei einem Betrieb stark erwärmen, sind zur Kühlung thermisch mit der Kupferbeschichtung verbunden. Die Kupferbeschichtung weist zur Isolation auf einer dem Spulenkern 16 zugewandten Seite eine Lackbeschichtung auf. Die Kupferbeschichtung weist parallel zu der Ebene 24 eine kleinere Erstreckungsfläche auf als der Spulenkern 16 auf der Ebene 24, wodurch eine vorteilhaft hohe Güte erreicht werden kann. Insbesondere liegt eine Projektion der Kupferbeschichtung senkrecht zu der Ebene 24, zumindest im Wesentlichen vollständig innerhalb einer Projektion des Spulenkerns 16 senkrecht zu der Ebene 24.
Das Wärmeausgleichselement 54 ist zwischen der Induktivladeelektronik 30 und den Akkuzellen 12 angeordnet. Das Wärmeausgleichselement 54 ist dazu vorgesehen, Wärme der Induktivladeelektronik 30 gleichmäßig an die Akkuzellen 12 zu verteilen.
Das Wärmeausgleichselement 54 weist eine Wärmeleitschicht in Form einer Aluminiumschicht auf, welche sich zumindest im Wesentlichen parallel zu einer Haupterstreckung der Induktivladeelektronik 30 erstreckt. Die Wärmeleitschicht weist eine maximale Projektionsfläche auf, die wenigstens 50% einer maximalen Projektionsfläche der Induktivladeelektronik 30 beträgt. Die Wärmeleitschicht weist eine Schichtdicke von 1 mm auf. Die Wärmeleitschicht weist parallel zu der Haupterstreckung der Induktivladeelektronik 30 eine Länge auf, die im Wesentlichen einer Länge der Induktivladeelektronik 30 entspricht, und zwar in diesem Fall 77,5 mm. Die Wärmeleitschicht ist von der Leiterplatte der Induktivladeelektronik 30 beabstandet angeordnet, und zwar hier zumindest 3,6 mm.
Das Wärmeausgleichselement 54 weist beispielhaft drei Befestigungselemente 56, 58 auf. Das Wärmeausgleichselement 54 wird aus einem ausgeschnittenen und/oder ausgestanzten Aluminiumblech hergestellt. Durch einen Biegevorgang und/oder einen Prägevorgang werden die drei Befestigungselemente 56, 58 geformt. Zwei Befestigungselemente 56 sind an gegenüberliegenden Enden des Wärmeausgleichselements 54 angeordnet. Die Befestigungselemente 56 weisen jeweils eine Rastaussparung 57 auf. Die Verbindungselemente 26, 28 greifen in einem montierten Zustand in die Rastaussparungen 57 ein. Die Rastaussparungen 57 werden durch ein Einbiegen von Laschen 59 gebildet. Die Laschen 59 drücken in einem montierten Betriebszustand auf die Induktivladeelektronik 30. Die Befestigungselemente 56 weisen jeweils ein Formschlusselement 61 auf. Die Formschlusselemente 61 greifen jeweils in Formschlussaussparungen 63 der Induktivladeelektronik 30 ein. Die Formschlusselemente 61 befestigen die Induktivladeelektronik 30 in Richtungen parallel zu einer Haupterstreckungsebene der Induktivladeelektronik 30. Das weitere Befestigungselement 58 ist mittig an dem Wärmeausgleichselement 54 angeordnet. Das Befestigungselement 58 ist als eine eingebogene Lasche ausgebildet und drückt in einem montierten Betriebszustand etwa mittig auf die Induktivladeelektronik 30. Die Befestigungselemente 56, 58 sind dazu vorgesehen, das Wärmeausgleichselement 54 von der Induktivladeelektronik 30 zu beabstanden.
Die Induktivladeelektronik 30 hält die Spulenkernelemente 16 des Spulenkerns 17 in den Ausnehmungen 51. Dazu verschließt die Induktivladeelektronik 30 die Ausnehmungen 51. Das Spulengehäuse 50 ist formschlüssig drehfest mit dem Gehäuseelement 32 der Induktivladeeinheit 14 verbunden. Das Spulengehäuse 50 weist dazu Befestigungsaussparungen 65 auf, in die die Verbindungselemente 26, 28 eingreifen.
In einer alternativen Ausführungsform nach 4 weist die Induktivladeeinheit 14, im Unterschied zur Ausführungsform nach den 2 und 3, kein Spulengehäuse 50 auf. Dabei ist die Induktivladespule 18 direkt und ohne Spulenträger an dem Spulenkern 17 befestigt. Die Induktivladespule 18 ist an dem Spulenkern 17 bzw. den Spulenkernelementen 16 zum Beispiel durch Kleben befestigt. Die Haftschicht 110 ist, in analoger Weise wie in der Ausführungsform nach 3, auf einer der Induktivladeelektronik 30 bzw. den Akkuzellen 12 zugewandten Oberfläche vorgesehen. Alternativ oder zusätzlich kann eine Haftschicht 110 auch auf einer der Induktivladespule 18 zugewandten Oberfläche der Spulenkernelemente vorgesehen sein (nicht dargestellt). Hierbei erstreckt sich die Haftschicht 110 ebenfalls im Wesentlichen vollständig über diese Oberfläche.
5 zeigt einen Ausschnitt aus einer weiteren alternativen Ausführungsform einer Induktivladeeinheit 14. In dieser Ausführungsform ist die Induktivladespule 18 von einer Leiterplatte 15 gebildet, die Leiterbahnen 19 aufweist. Die Leiterbahnen 19 sind mit einem nicht näher dargestellten Verbindungsleiter verbunden, so dass die Leiterbahnen 19 elektrisch eine einzelne Spule bilden. Die Ausführungsform nach 5 unterscheidet sich ferner dadurch, dass zwei Haftschichten 110 vorgesehen sind. Eine erste Haftschicht 110 ist auf einer der Induktivladeelektronik 30 zugewandten Oberfläche des Spulenkerns 17 vorgesehen. Eine zweite Haftschicht 110 ist auf einer der Induktivladespule 18 zugewandten Oberfläche des Spulenkerns 17 vorgesehen.

Claims

Handwerkzeugakku mit einem Gehäuse (36), mindestens einer Akkuzelle (12) und einer Induktivladeeinheit (14), die zumindest einen Spulenkern (17) und eine Induktivladespule (18) zu einer Aufladung der mindestens einen Akkuzelle (12) aufweist, wobei der Spulenkern (17) zumindest zwei Spulenkernelemente (16) von definierter Form aufweist, welche getrennt voneinander und relativ zueinander bewegbar angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine Haftschicht (110) vorgesehen ist, welche sich über die zumindest zwei Spulenkernelemente (16) derart erstreckt, dass die Haftschicht (110) die zumindest zwei Spulenkernelemente (16) miteinander verbindet.
Handwerkzeugakku nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vier Spulenkernelemente (16) vorgesehen sind, und sich die Haftschicht (110) über die vier Spulenkernelemente (16) derart erstreckt, dass die Haftschicht (110) die vier Spulenkernelemente (16) miteinander verbindet.
Handwerkzeugakku nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Haftschicht (110) über eine der Akkuzelle (12) zugewandte Oberfläche der Spulenkernelemente (16) im Wesentlichen vollständig erstreckt.
Handwerkzeugakku nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Haftschicht (110) über eine der Induktivladespule (18) zugewandte Oberfläche der Spulenkernelemente (16) im Wesentlichen vollständig erstreckt.
Handwerkzeugakku nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftschicht (110) eine Kunststofffolie aufweist.
Handwerkzeugakku nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftschicht (110) von einer selbstklebenden Kunststofffolie gebildet ist.
Handwerkzeugakku nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftschicht (110) eine Matte aus elastischem Material aufweist.
Handwerkzeugakku nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktivladeeinheit (14) ein Spulengehäuse (50) aufweist, welches eine Ausnehmung (55) zur Aufnahme der Induktivladespule (18) und eine Ausnehmung (51) zur Aufnahme des Spulenkerns (17) aufweist.
Handwerkzeugakku nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Ausnehmungen (51) zur Aufnahme von jeweils einem Spulenkernelement (16) vorgesehen sind.
Handwerkzeugakku nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktivladeeinheit (14) eine Induktivladeelektronik (30) aufweist, die dazu vorgesehen ist, die Akkuzelle (12) zu laden.
Handwerkzeugakku nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktivladeeinheit (14) ein Wärmeausgleichselement (54) aufweist, das dazu vorgesehen ist, Wärme gleichmäßig zu verteilen.