DE212012000140U1

DE212012000140U1 - Handkraftwerkzeuge und Batteriepacks für diese

Info

Publication number: DE212012000140U1
Application number: DE201221000140
Authority: DE
Original assignee: Makita Corp
Current assignee: Makita Corp
Priority date: 2011-07-24
Filing date: 2012-07-12
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2022-07-13
Also published as: JP5959619B2; US20140147718A1; WO2013014873A1; GB201403094D0; GB2507916A; JP2014529160A; CN204204933U

Abstract

Elektrowerkzeug (10; 70; 90) mit: einem Elektromotor, der dazu ausgebildet ist, durch Leistung, die von einer wieder aufladbaren Lithiumionen-Batterie zugeführt wird, angetrieben zu werden; einem drehbaren Werkzeug, das dazu ausgebildet ist, von dem Elektromotor angetrieben zu werden; und einem Schalter (16; 76; 96), der dazu ausgebildet ist, zu bewirken, dass bei einer Betätigung durch einen Benutzer dem Elektromotor Leistung aus der wieder aufladbaren Lithiumionen-Batterie zugeführt wird, wobei die wieder aufladbare Lithiumionen-Batterie eine Batteriezelle (50) des Typs 14500 aufweist.

Description

Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 61/511,088, die am 24. Juli 2011 eingereicht wurde.
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der handgehaltenen Kraftwerkzeuge und zum Antreiben von solchen Kraftwerkzeugen verwendete Batteriepacks.
Hintergrund
Das US-Patent Nr. 7,273,159 offenbart ein kabelloses Kraftwerkzeugsystem, das zum Ausgeben einer maximalen Leistung (maximale Ausgangsleistung – „MA”) von mindestens 475 Watt ausgebildet ist, während es ein Verhältnis von maximaler Ausgangsleistung zu Gewicht von mindestens 70 Watt pro Pfund (W/lb), d. h. etwa 154 Watt/Kilogramm, aufweist.
Die Makita Corporation in Anjo, Japan, die Inhaberin/Anmelderin der vorliegenden Anmeldung ist, hat bereits ein 18 V-Batteriepack für Handkraftwerkzeuge mit einer Nennausgangsleistung von mindestens 300 Watt und einem Gewicht von etwa 380 Gramm verkauft. Somit weist ein solches bekanntes Batteriepack ein Verhältnis von Nennausgangsleistung zu Gewicht von mindestens etwa 790 Watt/Kilogramm auf.
Die US 2003/0203669 A1 offenbart ein Batteriepacksystem für Handkraftwerkzeuge, das eine Mehrzahl von unterschiedlich großen Batteriepacks aufweist, die jeweils dieselbe Geometrie für die Eingriffs- und Kontaktelemente aufweisen. Die unterschiedlich großen Batteriepacks geben denselben Nenn- oder Bemessungsstrom aus, sind jedoch so aufgebaut, dass sie unterschiedliche Mengen an Leistung/Energie speichern.
Zusammenfassung
Auf dem Gebiet der Handkraftwerkzeuge benötigen viele Benutzer mindestens zwei Sätze von Kraftwerkzeugen und Batteriepacks, um dazu in der Lage zu sein, eine Reihe von Kraftwerkzeugarbeiten, die unterschiedliche Energiemengen benötigen, optimal durchzuführen.
Beispielsweise benötigen bestimmte Handkraftwerkzeuganwendungen eine relativ große Menge an Leistung/Energie, um die Kraftwerkzeugarbeit durchzuführen. In dieser Situation wird ein erster Satz aus einem Kraftwerkzeug und einem Batteriepack verwendet. Das Batteriepack des ersten Satzes ist für gewöhnlich dazu in der Lage, eine relativ hohe Leistungsmenge (MA) abzugeben, beispielsweise 600 Watt, und das Kraftwerkzeug des ersten Satzes, insbesondere der Elektromotor und/oder die Steuerelektronik, ist so aufgebaut, dass solch eine große Leistungsquelle auf sichere Weise dazu verwendet wird, eine schwere Arbeit (mit hoher Ausgangsleistung) durchzuführen, ohne dass das Kraftwerkzeug oder das Batteriepack beschädigt wird. Da dieser erste Satz aus einem Kraftwerkzeug und einem Batteriepack relativ schwer ist, kann er rasch eine Ermüdung des Benutzers bewirken, wenn die Kraftwerkzeugarbeit erfordert, dass das Kraftwerkzeugsystem in einer anstrengenden Position gehalten wird.
Wenn andererseits der Benutzer davon ausgeht, dass über einen längeren Zeitraum eine relativ leichte Kraftwerkzeugarbeit durchzuführen ist (mit niedriger Ausgangsleistung), bevorzugt der Benutzer typischerweise die Verwendung eines zweiten Satzes aus einem Handkraftwerkzeug und einem Batteriepack, wobei der zweite Satz insgesamt viel leichter ist. Viele leichte Arbeiten mit niedriger Leistung können auf zufriedenstellende Weise unter Verwendung eines Batteriepacks durchgeführt werden, das dazu in der Lage ist, etwa 300 Watt oder mehr auszugeben. Als Folge der niedrigeren Anforderungen an die Ausgangsleistung sind leichtere Kraftwerkzeug/Batteriepack-Systeme möglich, die eine geringere Last darstellen und über einen längeren Zeitraum auf eine weniger ermüdende Weise verwendet werden können.
Wie vorher in dem Hintergrundabschnitt bemerkt, ist ein 300-Watt-Batteriepack mit einem Gewicht von 380 Gramm zur Verwendung in der zweiten Situation (niedrige Ausgangsleistung) bekannt, weitere Verbesserungen, beispielsweise ergonomische Verbesserungen, wären jedoch wünschenswert.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Lehren, verbesserte Batteriepacks und/oder Handkraftwerkzeugsysteme bereitzustellen, die bevorzugt eines oder mehrere der vorher erwähnten Probleme des Standes der Technik überwinden können.
Daher werden gemäß einem Aspekt der vorliegenden Lehren Batteriepacks gelehrt, die eine Nennleistung von mindestens 300 Watt aufweisen und weniger als 275 Gramm wiegen, bevorzugt 250 Gramm oder weniger. Solche Batteriepacks weisen bevorzugt ein Verhältnis von Nennausgangsleistung zu Gewicht von mindestens 1100 Watt/Kilogramm auf, vorzugsweise mindestens 1200 Watt/Kilogramm.
Batteriepacks gemäß diesem Aspekt der vorliegenden Lehren sind dazu in der Lage, ausreichend Ausgangsleistung für die meisten leichten Kraftwerkzeugarbeiten zu liefern, während das Gewicht signifikant verringert wird und somit auf vorteilhafte Weise eine Ermüdung eines Benutzers reduziert wird.
Bevorzugt weisen die Batteriepacks ferner eine Nenn- oder Bemessungsausgangsspannung von mindestens 20 Volt, vorzugsweise etwa 21–30 Volt, noch bevorzugter zwischen 25–26 Volt, auf und können eine Mehrzahl von lithiumbasierten Batteriezellen aufweisen, z. B. 8 oder weniger. Lithiumionen-Batteriezellen werden gegenwärtig bevorzugt.
Zusätzlich oder alternativ dazu können die Batteriepacks eine Nennausgangsleistung von mindestens 300 Watt aufweisen und ein Verhältnis von Nennausgangsleistung zu Gewicht von mindestens 1100 Watt/Kilogramm aufweisen. Zusätzlich oder alternativ dazu können die Batteriepacks eine Nennausgangsleistung von mindestens 350 Watt aufweisen und ein Verhältnis von Nennausgangsleistung zu Gewicht von mindestens 1170 Watt/Kilogramm aufweisen. Zusätzlich oder alternativ dazu können die Batteriepacks eine Nennausgangsleistung von mindestens 370 Watt aufweisen und ein Verhältnis von Nennausgangsleistung zu Gewicht von mindestens 1230 Watt/Kilogramm aufweisen.
Zusätzlich oder alternativ dazu können die Batteriepacks eine Nennausgangsleistung von mindestens 300 Watt und ein Gewicht von weniger als 250 Gramm aufweisen. Solche Batteriepacks weisen ein Verhältnis von Nennausgangsleistung zu Gewicht von mindestens 1200 Watt/Kilogramm auf.
Zusätzlich oder alternativ dazu können die Batteriepacks eine Nennausgangsleistung von mindestens 330 Watt und ein Verhältnis von Nennausgangsleistung zu Gewicht von mindestens 1320 Watt/Kilogramm aufweisen. Zusätzlich oder alternativ dazu können die Batteriepacks eine Nennausgangsleistung von mindestens 350 Watt aufweisen und ein Verhältnis von Nennausgangsleistung zu Gewicht von mindestens 1400 Watt/Kilogramm aufweisen. Zusätzlich oder alternativ dazu können die Batteriepacks eine Nennausgangsleistung von mindestens 370 Watt aufweisen und ein Verhältnis von Nennausgangsleistung zu Gewicht von mindestens 1500 Watt/Kilogramm aufweisen.
Zusätzlich oder alternativ dazu können die Batteriepacks weniger als 235 Gramm wiegen und ein Verhältnis von Nennausgangsleistung zu Gewicht von mindestens 1275 Watt/Kilogramm aufweisen. Zusätzlich oder alternativ dazu können die Batteriepacks weniger als 220 Gramm wiegen und ein Verhältnis von Nennausgangsleistung zu Gewicht von mindestens 1360 Watt/Kilogramm aufweisen.
Zusätzlich oder alternativ dazu können die Batteriepacks sechs, sieben oder acht in Reihe verbundene lithiumbasierte (Li-basierte) Batteriezellen, beispielsweise Li-Ionen-Batteriezellen, jeweils mit einer Nennspannung von 3,6–3,7 V und einem Gewicht von etwa 20 Gramm oder weniger aufweisen. Solch eine Auswahl von Batteriezellen liefert jeweils eine Kombination aus Ausgangsspannung/Gewicht von 21,6 V/120 g, 25,2 V/140 g und 28,8 V/160 g. Das Gewicht jeder Zelle kann bevorzugt etwa 18 Gramm oder weniger oder 17 Gramm sein, so dass das Verhältnis von Spannung zu Gewicht erhöht wird. Allgemein können die restlichen Komponenten des Batteriepacks (z. B. äußere Plastikschale, Verbindungselemente, Steuerelektronik, Packung, Leitungen etc.) etwa 100–200 g, z. B. 150–190 g, wiegen, bevorzugt jedoch weiter verringert auf 100–150 g, z. B. 100–120 g, was Batteriepacks gemäß einem Aspekt der vorliegenden Lehren ermöglicht. Solche Batteriezellen weisen bevorzugt ferner relativ kompakte Gesamtabmessungen auf, nämlich einen Durchmesser von etwa 14 mm oder weniger und eine Länge von etwa 50 mm oder weniger. Somit ermöglichen die vorliegenden Lehren zusätzlich zu einer Bereitstellung eines Batteriepacks mit geringem Gewicht ebenfalls kompakte Batteriepacks.
Hierin sind ferner Handkraftwerkzeugsysteme oder -kits beschrieben, die ein Batteriepack gemäß den im Vorhergehenden oder im Folgenden beschriebenen Lehren aufweisen, sowie ein handgehaltenes batteriebetriebenes Werkzeug, das dazu in der Lage ist, sicher zu arbeiten, wenn es mit einem Batteriepack mit einer Nennausgangsleistung von mindestens 600 Watt, z. B. mehr als 700 Watt oder sogar mehr als 800 Watt, verbunden ist.
Das Handkraftwerkzeugsystem oder -kit kann ferner bevorzugt ein zweites Batteriepack aufweisen, das dazu in der Lage ist, mindestens 600 Watt, z. B. mehr als 700 Watt oder sogar mehr als 800 Watt abzugeben. Gemäß diesem Aspekt der vorliegenden Lehren wird dem Benutzer ein einziges Kraftwerkzeug zur Verfügung gestellt, das unter Verwendung der ersten, leichten Batterie mit niedrigerer Leistung betrieben werden kann, während auf vorteilhafte Weise eine Ermüdung minimiert wird, und das ebenfalls unter Verwendung des zweiten Batteriepacks mit höherer Leistung mit höherer Leistung betrieben werden kann, so dass auf vorteilhafte Weise ein breites Spektrum von Kraftwerkzeugarbeiten unter Verwendung eines einzigen Kraftwerkzeugs ermöglicht wird.
Alle Leistungswerte (Watt), die in der vorliegenden Offenbarung angegeben sind, sollen den Nenn- oder Bemessungsausgangsleistungswert umfassen, auch wenn dieser nur momentan vorliegt. Bei bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Lehren können maximale Dauerausgangsleistungen der Batteriepacks weniger als die angegebenen Nenn- oder Bemessungswerte betragen.
Beispielsweise können Nenn- oder Bemessungsausgangsleistungswerte (Wnenn) gemäß den vorliegenden Lehren mittels der folgenden Gleichung berechnet werden: Wnenn = {(Vmid – Vmin)/Rbatt}·Vmin wobei:
Wnenn [W] die Nennausgangsleistung ist,
Vmid [V] die elektromotorische Kraft der Batterie (OCV) bei einem Ladungszustand (SOC) von 50% ist (Vmid ist typischerweise etwa 3,7 V/Zelle für eine Li-Ionen-Batterie),
Vmin [V] die niedrigste oder minimale zulässige Spannung der Batteriezelle während eines Normalbetriebs ist (Vmin ist typischerweise etwa 3,0 V/Zelle für eine Li-Ionen-Batterie), und
Rbatt [Ohm] die Impedanz der Batteriezelle bei einer Batterietemperatur von 25 Grad C ist.
Allgemein fällt die Spannung der Batteriezelle ab bzw. verringert sich rapide, wenn die verbleibende Batteriekapazität (d. h. der Batterieentladezustand) gegen Null geht.
Der Wert für Rbatt kann gemäß dem vorliegenden Verfahren gemessen werden:

(1) Entladen der Batteriezelle bei 5 A für 1,0 Sekunden,
(2) Messen der Batteriespannung nach 1,0 Sekunden (= V0) mit dem Entladestrom von 5 A,
(3) allmähliches Erhöhen des Entladestroms bis auf 15 A über 5,0 Sekunden,
(4) Messen der Batteriespannung nach 5,0 Sekunden (= V1) mit dem Entladestrom von 15 A und
(5) Berechnen von Rbatt gemäß der Gleichung: deltaV/deltaI = (V0 – V1)/10 Ampere.

Weitere Aufgaben, Vorteile, Ausführungsformen und Details der Erfindung werden für Fachleute ohne weiteres anhand der folgenden detaillierten Beschreibung und der Ansprüche unter Berücksichtigung der beigefügten Zeichnungen ersichtlich werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die 1A und 1B zeigen jeweils einen kabellosen handgehaltenen Schlagschrauber mit einem leichten Batteriepack in einem angebrachten und einem abgenommenen Zustand.
2A zeigt eine vergrößerte Ansicht des leichten Batteriepacks der 1A und 1B.
2B zeigt eine Explosionsansicht des Batteriepacks aus 2A.
Die 3A und 3B zeigen jeweils den Schlagschrauber der 1A und 1B mit einem Batteriepack mit höherer Leistung in einem angebrachten und einem abgenommenen Zustand.
4A zeigt eine vergrößerte Ansicht des Batteriepacks mit höherer Leistung der 3A und 3B.
4B zeigt eine Explosionsansicht des Batteriepacks mit höherer Leistung aus 4A.
Die 5A und 5B zeigen jeweils eine kabellose handgehaltene Kreissäge mit einem leichten Batteriepack in einem angebrachten und einem abgenommenen Zustand.
Die 6A und 6B zeigen jeweils einen kabellosen handgehaltenen Bohrer mit einem leichten Batteriepack in einem angebrachten und einem abgenommenen Zustand.
Die 7A und 7B zeigen jeweils den Bohrer der 6A und 6B mit einem Batteriepack mit höherer Leistung in einem angebrachten und einem abgenommenen Zustand.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Repräsentative Beispiele der vorliegenden Erfindung, die keine Beschränkung darstellen, werden im Folgenden genauer beschrieben. Diese detaillierte Beschreibung soll lediglich dazu dienen, einem Fachmann weitere Details zur Anwendung bevorzugter Aspekte der vorliegenden Lehren zu vermitteln, und soll den Schutzbereich der Erfindung nicht beschränken. Ferner kann jedes der zusätzlichen Merkmale bzw. jede der im Vorhergehenden und im Folgenden offenbarten Lehren separat oder in Verbindung mit anderen Merkmalen und Lehren verwendet werden, um verbesserte Batteriepacks, Kraftwerkzeuge, Kraftwerkzeugsysteme und Verfahren zum Herstellen und Verwenden derselben bereitzustellen.
Darüber hinaus können Kombinationen von Merkmalen und Schritten, die in der vorliegenden detaillierten Beschreibung offenbart werden, möglicherweise nicht notwendig für eine Anwendung der Erfindung im weitesten Sinne sein, und werden stattdessen lediglich gelehrt, um repräsentative Beispiele der Erfindung im Einzelnen zu beschreiben. Außerdem können verschiedene Merkmale der im Folgenden beschriebenen repräsentativen Beispiele sowie die folgenden unabhängigen und abhängigen Ansprüche auf Weisen kombiniert werden, die nicht spezifisch und explizit aufgeführt sind, so dass zusätzliche nützliche Ausführungsformen der vorliegenden Lehren erhalten werden.
Alle in der Beschreibung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale sollen für eine ursprüngliche Offenbarung sowie zur Beschränkung des beanspruchten Gegenstands separat und unabhängig voneinander offenbart sein, unabhängig von der bestimmten Kombination von Merkmalen in den Ausführungsformen und/oder den Ansprüchen. Zusätzlich dazu sollen alle Wertebereiche oder Angaben von Gruppen von Einheiten für eine ursprüngliche Offenbarung und eine Beschränkung des beanspruchten Gegenstands jeden möglichen Zwischenwert oder jede mögliche Zwischeneinheit offenbaren.
Die 1A und 1B zeigen einen repräsentativen handgehaltenen kabellosen Schlagschrauber 10 mit einem leichten Batteriepack 30 gemäß den vorliegenden Lehren. Der Schlagschrauber 10 weist allgemein ein Werkzeugfutter 12, das zum Halten eines drehbaren Werkzeugs wie eines Schraubbits (nicht gezeigt) ausgebildet oder angepasst ist, ein Getriebe- und Motorgehäuse 14, einen Drücker oder Schalter 16 zum manuellen Aktivieren eines (nicht gezeigten) Elektromotors, der in dem Gehäuse 14 vorgesehen ist, einen Handgriff 18 und einen Batteriehalter 20 auf. Der Elektromotor kann das drehbare Werkzeug über ein (nicht gezeigtes) Untersetzungsgetriebe antreiben.
Bezugnehmend auf 1B weist das Batteriepack 30 allgemein eine äußere Schutzhülle oder ein Gehäuse 32, Gleitschienen 34, die zum gleitenden Eingriff mit entsprechenden Schienen (nicht gezeigt), die in oder an dem Batteriehalter 20 vorgesehen sind, ausgebildet sind, und eine Verriegelung 36 zum Verriegeln und Entriegeln des Batteriepacks 30 mit dem Batteriehalter 20 auf. Die vorliegenden Lehren sind nicht auf eine bestimmte Geometrie oder Anordnung der physikalischen (lösbaren) Eingriffsstrukturen und elektronischen Kontaktstrukturen des Batteriepacks 30 und/oder des Batteriehalters 20 beschränkt.
Nun wird unter Bezugnahme auf die 2A und 2B das Batteriepack 30 genauer beschrieben. Das äußere Gehäuse 32 kann allgemein eine untere Schale 32A aufweisen, die mittels Schrauben 33 mit einer oberen Schale 32B verbunden ist. Die obere Schale 32B weist verschiedene Strukturen zum Eingriff mit dem Batteriehalter 20 oder einem (nicht gezeigten) Batterielader und/oder zum Betrieb des Batteriepacks 30 auf bekannte Weise auf.
Batterieanschlüsse 38 (lediglich einer ist mit einer Nummer versehen) können auf einer Leiterplatte 40 montiert sein, die optional ebenfalls als eine Trennplatte dienen kann. Auch wenn verschiedene elektrische Komponenten auf bekannte Weise auf der Leiterplatte 40 montiert sein können, sind solche elektrische Komponenten der Einfachheit halber weggelassen worden.
Die Batterieanschlüsse 38 sind in Nuten 41, die in den Gleitschienen 34 definiert sind, angeordnet, so dass sie entsprechende Batterieanschlüsse (nicht gezeigt), die in dem Batteriehalter 20 vorgesehen sind, kontaktieren. Eine Nut 42 für einen Steuerungsport kann vorgesehen sein, um eine Kommunikation zwischen einer ersten Steuerung oder CPU (nicht gezeigt) mit mindestens einem Mikroprozessor und einem Speicher/einer Speichervorrichtung, die in dem Werkzeug 10 vorgesehen ist, und einer zweiten Steuerung oder CPU (nicht gezeigt) mit mindestens einem Mikroprozessor und einem Speicher/einer Speichervorrichtung, die in dem Batteriepack 30 vorgesehen ist, zu ermöglichen. Luftkanäle 44 ermöglichen, dass Luft zur Kühlung des Inneren des Batteriepacks 30 während eines Ladens und/oder eines Entladens (z. B. bei einem Betrieb des Kraftwerkzeugs 10) in das Batteriepack 30 gelangen kann.
Das Batteriepack 30 weist ferner eine Mehrzahl von Batteriezellen 50 auf, die über eine Mehrzahl von Leitern (Metallanschlüsse) 52 in Reihe verbunden sind. Bevorzugt sind sechs, sieben oder acht Lithiumionen-Batteriezellen (Nennspannung: jeweils 3,6–3,7 V) in Reihe geschaltet, was jeweilige Batteriepacks 30 mit Nennausgangsspannungen von etwa 21,6–22,2 V, 25,2–25,9 V und 28,8–29,6 V liefern würde.
Die Nennspannung einer Lithiummetalloxidzelle kann allgemein in einem Bereich von etwa 3,6–3,7 V schwanken. In der vorliegenden Beschreibung wird der Einfachheit halber allgemein der Wert 3,6 V verwendet, es versteht sich jedoch, dass in der Praxis geringe Abweichungen von 3,6 V möglich sind, die sich auf einige der hierin durchgeführten Berechnungen auswirken können. Tatsächliche Werte für die Berechnungen sollten auf der tatsächlichen Spannung der Batteriezellen basieren, unabhängig davon, ob lithiumbasierte Batteriezellen verwendet werden oder eine andere Batteriechemie verwendet wird.
Zum Erzielen eines geeigneten Verhältnisses von Leistung zu Gewicht ist es bevorzugt, relativ schmale Batteriezellen 50 zu verwenden. Solche Batteriezellen 50 weisen bevorzugt einen Durchmesser von etwa 14 mm oder weniger, eine Länge von etwa 50 mm oder weniger und ein Einheitsgewicht von etwa 20 g oder weniger auf. Der Einfachheit halber werden solche Batteriezellen als Batteriezellen vom „Typ 14500” bezeichnet.
Wenn beispielsweise sieben solche Batteriezellen in Reihe geschaltet sind, wird das Batteriepack 30 eine Nennmaximalstromabgabe von etwa 15 Ampere, eine Nennausgangsspannung von etwa 25,2–25,9 V, eine Nennausgangsleistung von mehr als 300 Watt (tatsächlich bis zu etwa 375 Watt), eine Kapazität von etwa 0,6 Amperestunden und ein Gewicht von weniger als 300 Gramm, bevorzugt weniger als 280 Gramm, noch bevorzugter weniger als 250 Gramm, aufweisen.
Solche relativ schmalen Batteriezellen 50 liefern einen zusätzlichen Vorteil, nämlich ein hohes Verhältnis von Oberfläche zu Volumen. Dies ermöglicht eine erhöhte Wärmedissipation während eines Ladens und eines Entladens (einer Verwendung des Werkzeugs 10) im Vergleich zu Batteriezellen, die typischerweise in Kraftwerkzeugbatteriepacks verwendet werden (beispielsweise Batteriezellen vom Typ 18650), wodurch niedrigere Temperaturen der Batteriezelle 50 beibehalten werden, was bedeutet, das weniger oder gar keine Zeit für Batteriekühlvorgänge benötigt wird und/oder aufgrund des Vermeidens von übermäßig hohen Batterietemperaturen eine Lebensdauer der Batterie erhöht wird. Allgemein erreichen solche Batteriezellen 50 während einer Verwendung nie erhöhte Temperaturen, die eine Kühlung vor einem erneuten Aufladen erfordern würden. Daher können Wiederaufladevorgänge häufig und rasch durchgeführt werden, ohne darauf warten zu müssen, dass das Batteriepack abkühlt.
Insbesondere hätte eine Batteriezelle mit einem Durchmesser (phi) von 14 mm und einer Länge von 50 mm ein Verhältnis von Oberfläche (2506 mm²) zu Volumen (7693 mm³) von etwa 0,33. Allgemein ist derzeit bevorzugt, dass die Batteriezellen, die mit den vorliegenden Lehren verwendet werden, ein Verhältnis von Oberfläche zu Volumen aufweisen, das mindestens 0,30 beträgt.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Lehren weisen die Batteriezellen 50 bevorzugt einen Innenwiderstand (Rbatt) kleiner oder gleich 50 Milliohm auf, bevorzugt kleiner oder gleich 45 Milliohm, noch bevorzugter kleiner oder gleich 40 Milliohm.
Nun wird unter Verwendung der 3 und 4 ein anderer Aspekt der vorliegenden Lehren beschrieben. Derselbe Schlagschrauber 10 wird in dem in den 3A und 3B gezeigten Kraftwerkzeugsystem verwendet, und daher ist keine weitere Erklärung desselben notwendig.
In 3A ist jedoch ein größeres Batteriepack 130 mit höherer Leistung an dem Schlagschrauber 10 befestigt worden und dazu ausgebildet, eine höhere Nennleistung auszugeben, bevorzugt mindestens 600 Watt. Da alle Komponenten des größeren Batteriepacks 10 im Allgemeinen den entsprechenden Komponenten des Batteriepacks 30, das in 2B gezeigt ist, entsprechen, ist es nicht notwendig, dieselben Komponenten weiter zu beschreiben. Stattdessen wird die Beschreibung in Bezug auf dieselben oder entsprechende Komponenten in die Beschreibung der vorliegenden Ausführungsform aufgenommen.
Im Vergleich zu dem leichten Batteriepack 30, das in den 1 und 2 gezeigt ist, unterscheidet sich das Batteriepack 130 mit höherer Leistung in einem wichtigen Aspekt, nämlich, dass wie in 4B gezeigt größere Batteriezellen 150 verwendet werden. Bei dieser Ausführung sind sechs bis acht, bevorzugt sieben, Batteriezellen 150 in Reihe geschaltet, so dass sie einen Nennmaximalausgangsstrom (Nennspitzenausgangsstrom) größer oder gleich 30 Ampere bei einer Nennausgangsspannung von etwa 25,2–25,9 V liefern. Batteriezellen vom Typ 18650, die beispielsweise von Sanyo Electric Co., Ltd., Electronic Components, in Osaka, Japan, oder verschiedenen anderen Batterieherstellern verfügbar sind, können auf vorteilhafte Weise in diesem Batteriepack 130 mit höherer Leistung verwendet werden, und solche Batteriezellen 150 weisen einen Durchmesser von 18 mm und eine Länge von 65 mm auf.
Zum Vergleich weisen die Batteriezellen vom Typ 18650 ein Verhältnis von Oberfläche (4183 mm²) zu Volumen (16532 mm³) von etwa 0,25 auf. Solche Batteriezellen können nach einer Verwendung und vor einem Laden eine Kühlung benötigen, um eine Beschädigung der Batteriezellen während des Ladebetriebs zu vermeiden.
Somit wird gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Lehren ein Kit oder Kraftwerkzeugsystem bereitgestellt, das ein Kraftwerkzeug 10, ein erstes Batteriepack 30 mit geringem Gewicht und ein zweites Batteriepack 130 mit hoher Leistung aufweist. Es ist bevorzugt, das die Zahl von in Reihe geschalteten Zellen in dem ersten Batteriepack 30 mit geringem Gewicht und die Zahl von in Reihe geschalteten Zellen in dem zweiten Batteriepack 130 mit hoher Leistung dieselben sind und die Nennspannung des ersten Batteriepacks 30 mit geringem Gewicht und die Nennspannung des zweiten Batteriepacks 130 mit hoher Leistung dieselben sind. Dieses Kit oder System liefert den Vorteil, dass der Benutzer nicht zwei unterschiedlich große oder unterschiedlich aufgebaute Kraftwerkzeuge zum Durchführen einer Reihe von Kraftwerkzeugarbeiten derselben Art erwerben muss. Stattdessen kann der Benutzer, wenn Arbeiten mit relativ niedriger Leistung durchgeführt werden, das Batteriepack 30 mit geringem Gewicht an dem Kraftwerkzeug 10 anbringen und die Kraftwerkzeugarbeiten durchführen, während eine Ermüdung des Benutzers minimiert wird. Wenn jedoch eine (schwere) Kraftwerkzeugarbeit mit hoher Leistung notwendig ist, kann der Benutzer das Batteriepack 30 mit geringem Gewicht gemäß den vorliegenden Lehren durch das Batteriepack 130 mit hoher Leistung ersetzen, während weiterhin dasselbe Kraftwerkzeug 10 verwendet wird, was Betriebskosten minimiert.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Aspekt der vorliegenden Lehren können zwei Batteriepacks 30, 130 dieselbe Nennausgangsspannung aufweisen, z. B. zwischen 21–30 V, während sie unterschiedlich Nennausgangsleistungen (Wattzahlen) aufweisen. Dieses Merkmal liefert die Vorteile, dass derselbe Lader oder dasselbe Ladesystem dazu verwendet werden kann, beide Batteriepacks 30, 130 zu laden, und das Werkzeug 10 mit beiden Batteriepacks 30, 130 im Allgemeinen mit derselben Geschwindigkeit, z. B. derselben Drehzahl, arbeiten wird. Da jedoch das Batteriepack 130 mit höherer Leistung dazu in der Lage ist, einen höheren Stromwert auszugeben, kann das Werkzeug 10 unter Verwendung des Batteriepacks 130 mit höherer Leistung mit höheren Ausgangsdrehmomenten betrieben werden.
Solch ein Kit oder System liefert einen deutlichen Vorteil gegenüber dem bekannten System, das in der US 2003/0203669 A1 offenbart ist, welches erfordert, das jedes unterschiedlich große Batteriepack denselben Nennstrom ausgibt, da Kraftwerkzeugarbeiten unter Verwendung des Batteriepacks mit niedriger Leistung aufgrund der resultierenden niedrigeren Drehzahl des Werkzeugs unerwünscht langsam sein können. Allgemein bestimmt die dem Elektromotor zugeführte Spannung dessen Drehzahl, während der dem Elektromotor zugeführte Strom dessen Drehmoment bestimmt. Alternativ würde solch ein bekannter Aufbau erfordern, dass ein zusätzliches stufenloses Getriebe in dem Kraftwerkzeug vorgesehen ist, um dieselbe Drehzahl unabhängig von der Batteriespannung zu liefern, wodurch das Gewicht des Werkzeugs unerwünscht zunehmen würde.
Die vorliegenden Lehren sind nicht auf Schlagschrauber 10 beschränkt und können auf vorteilhafte Weise bei einer Vielzahl von handgehaltenen kabellosen batteriebetriebenen Werkzeugen eingesetzt werden. Beispielsweise zeigen die 5A und 5B jeweils eine handgehaltene kabellose (batteriebetriebene) Kreissäge 70 mit dem vorher beschriebenen Batteriepack 30 mit geringem Gewicht in einem angebrachten und einem abgenommenen Zustand. Die Kreissäge 70 weist allgemein ein kreisförmiges Sägeblatt 72, ein Getriebe- und Motorgehäuse 74, einen Drücker oder Schalter 76 zum manuellen aktivieren eines Elektromotors (nicht gezeigt), der in dem Gehäuse 74 vorgesehen ist, einen Handgriff 78 und einen Batteriehalter 80 auf. Der Elektromotor treibt die Kreissäge 70 z. B. über ein (nicht gezeigtes) Untersetzungsgetriebe an.
Wenngleich dies nicht gezeigt ist, ist die Kreissäge 70 ebenfalls so aufgebaut, dass sie das Batteriepack 130 mit höherer Leistung für schwere Schneidarbeiten verwendet.
Auf ähnliche Weise zeigen die 6 und 7 einen handgehaltenen kabellosen (batteriebetriebenen) Bohrer oder Schraubendreher 90, der dazu in der Lage ist, beide der vorher beschriebenen Batteriepacks 30, 130 zu verwenden. Genauer zeigen die 6A und 6B jeweils den batteriebetriebenen Bohrer 90 mit den vorher beschriebenen Batteriepack 30 mit geringem Gewicht in einem angebrachten und einem abgenommenen Zustand. Ferner zeigen die 7A und 7B jeweils den batteriebetriebenen Schlagbohrer 90 mit dem vorher beschriebenen Batteriepack 130 mit hoher Leistung in einem angebrachten und einem abgenommenen Zustand.
Bezugnehmend auf 6A weist der Schlagbohrer 90 allgemein ein Werkzeugfutter 92, das zum Halten eines drehbares Werkzeugs, beispielsweise eines Drehbits oder eines Bohrbits (nicht gezeigt), ausgebildet oder angepasst ist, ein Getriebe- und Motorgehäuse 94, einen Drücker oder Schalter 96 zum manuellen Aktivieren eines Elektromotors (nicht gezeigt), der in dem Gehäuse 94 vorgesehen ist, einen Handgriff 98 und einen Batteriehalter 100 auf. Der Elektromotor treibt das drehbare Werkzeug z. B. über ein (nicht gezeigtes) Untersetzungsgetriebe an.
Somit sind, wie die vorhergehende Beschreibung zeigt, die vorliegenden Lehren allgemein auf einen beliebigen Typ von handgehaltenen kabellosen batteriebetriebenen Werkzeugen anwendbar, die von den vorher beschriebenen Vorteilen profitieren würden. Kraftwerkzeuge gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Lehren sind bevorzugt dazu ausgebildet, angepasst und/oder in der Lage, unter Verwendung eines Batteriepacks (z. B. des Batteriepacks 130) sicher zu arbeiten, das eine Nennausgangsleistung von mindestens 600 Watt aufweist. Solche Kraftwerkzeuge sind jedoch ebenfalls dazu in der Lage, unter Verwendung des Batteriepacks 30 mit geringem Gewicht gemäß der vorliegenden Lehren mit niedrigeren Ausgangsleistungen zu arbeiten.
Beispielsweise kann gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Lehren das Bereitstellen eines Batteriepacks mit geringem Gewicht und eines Batteriepacks mit hoher Leistung für ein Kraftwerkzeug einen oder mehreren der folgenden Vorteile liefern.
Ein an einem Batteriepack mit höherer Leistung angebrachter Schlagschrauber kann eine große Schraube mit einer geeigneten Drehzahl eintreiben, da das Batteriepack mit höherer Leistung dazu in der Lage ist, aufgrund seiner niedrigeren Impedanz einen relativ großen Strom zu liefern. Auf der anderen Seite kann der Schlagschrauber, wenn er an einem Batteriepack mit geringem Gewicht gemäß den vorliegenden Lehren angebracht ist, weiterhin eine kleine Schraube mit fast derselben Drehzahl eintreiben, da das Batteriepack mit geringem Gewicht annähred dieselbe Spannung wie das Batteriepack mit höherer Leistung zuführen kann.
Auf ähnliche Weise kann ein an einem Pack mit höherer Leistung angebrachter Bohrer relativ große Löcher bohren, da das Batteriepack mit höherer Leistung einen größeren Strom ausgeben kann, er kann jedoch erneut ebenfalls auf adäquate Weise kleinere Löcher bohren, unter Verwendung des Batteriepacks mit geringem Gewicht, das dieselbe (oder annähernd dieselbe) Nennausgangsspannung liefert.
Darüber hinaus kann eine an einem Batteriepack mit höherer Leistung angebrachte Kreissäge ein dickeres Stück Holz schneiden, da das Batteriepack mit höherer Leistung dazu in der Lage ist, einen größeren Strom auszugeben. Das Batteriepack mit geringem Gewicht wird jedoch weiterhin für dünnere Holzstücke geeignet sein.
Im Vorhergehenden sind lediglich Beispiele angegeben worden, und die tatsächliche Werkzeugleistung wird von den Eigenschaften des Batteriepacks und des Kraftwerkzeugs abhängen, die tatsächlich verwendet werden.
Gemäß einem optionalen Aspekt der vorliegenden Lehren können die vorliegenden Kraftwerkzeuge 10, 70, 90 ferner davon profitieren, dass sie eine Strombegrenzungsschaltung oder eine Entladeschutzschaltung aufweisen, die einen Stromfluss über dem Motor des Kraftwerkzeugs 10, 70, 90 und/oder den Batteriezellen 50 detektiert und den Stromfluss in einem Fall, in dem ein Stromwert oberhalb eines Schwellenwerts detektiert wird, beispielsweise mehr als 30 Ampere, unterbricht oder verringert. Solch eine Strombegrenzungsschaltung wäre vorteilhaft bei Kraftwerkzeugen und/oder Batteriepacks, die so ausgebildet sind, dass sie unterhalb des Stromschwellenpegels arbeiten, damit Motoren, Getriebe, Elektronik und/oder Batteriepacks geschützt werden, die nicht dazu ausgelegt sind, mit höheren Stromwerten sicher zu arbeiten. Solch eine Strombegrenzungsschaltung würde den Vorteil liefern, dass eine Vielzahl von Batteriepacks mit unterschiedlichen Nennwattzahlen, jedoch derselben Nennausgangsspannung, verwendet werden können, ohne befürchten zu müssen, dass die inneren Komponenten des Kraftwerkzeugs und/oder des Batteriepacks aufgrund einer Erzeugung von übermäßig hohen Strömen beschädigt werden.
Kraftwerkzeugsysteme gemäß den vorliegenden Lehren können ferner so ausgelegt sein, dass sie einen zusätzlichen optionalen Vorteil liefern. Genauer kann, wenn das Batteriepack 30 mit geringem Gewicht in Verbindung mit einem T-förmigen oder L-förmigen Werkzeug, z. B. dem Schlagschrauber 10 oder dem Bohrer 90, verwendet wird, der Schwerpunkt des Werkzeugs bevorzugt in der oberen Hälfte des Werkzeugs liegen. Beispielsweise kann der Schwerpunkt bevorzugt innerhalb der vertikalen Höhe des Drückers 16, 96 liegen, d. h. in der Richtung, die im Allgemeinen dem Handgriff 18, 98 folgt und das Gehäuse 14, 94 und den Batteriehalter 20, 100 schneidet. In diesem Fall wird es leichter, das Kraftwerkzeug 10, 90 handzuhaben oder zu betätigen, da es eine optimale Gewichtsbalance für die meisten Kraftwerkzeugarbeiten liefert.
Wenngleich lithiumbasierte Batteriezellen derzeit bevorzugt sind, insbesondere Lithiumionen-Batteriezellen, sind die vorliegenden Lehren nicht diesbezüglich beschränkt, und Batteriepacks können unter Verwendung einer anderen geeigneten Batteriechemie aufgebaut werden, beispielsweise Lithium-Metalloxid, Lithium-Polymer, Lithium-Metallphosphat und Lithium-Schwefel oder Lithium-Sulfit oder Lithium-Sulfat.
Weitere beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Lehren beinhalten die Folgenden, sind jedoch nicht darauf beschränkt:

1. Batteriepack, das dazu ausgebildet oder angepasst ist, an einem handgehaltenen Kraftwerkzeug angebracht zu werden und dieses anzutreiben, mit: einer Mehrzahl von in Reihe geschalteten Batteriezellen, die dazu ausgebildet oder angepasst sind, eine Nennausgangsleistung von mindestens 300 Watt, bevorzugt mindestens 330 Watt, noch bevorzugter mehr als 350 Watt aufzuweisen, wobei das Batteriepack weniger als 300 Gramm, bevorzugt weniger als 275 Gramm, noch bevorzugter weniger als 250 Gramm, noch bevorzugter weniger als 235 Gramm, und noch bevorzugter weniger als 220 Gramm wiegt.
2. Batteriepack gemäß Ausführungsform 1, ferner mit einem Verhältnis von Nennausgangsleistung zu Gewicht von mindestens 1000 Watt/Kilogramm, bevorzugt mindestens 1100 Watt/Kilogramm, noch bevorzugter mindestens 1170 Watt/Kilogramm, noch bevorzugter mindestens 1200 Watt/Kilogramm, noch bevorzugter mindestens 1230 Watt/Kilogramm, noch bevorzugter mindestens 1275 Watt/Kilogramm, noch bevorzugter mindestens 1320 Watt/Kilogramm, noch bevorzugter mindestens 1350 Watt/Kilogramm, noch bevorzugter mindestens 1400 Watt/Kilogramm, und noch bevorzugter mindestens 1500 Watt/Kilogramm.
3. Batteriepack, das dazu ausgebildet oder angepasst ist, an einem handgehaltenen Kraftwerkzeug angebracht zu werden und dieses anzutreiben, mit: einer Mehrzahl von in Reihe geschalteten Batteriezellen, die dazu ausgebildet oder angepasst sind, eine Nennausgangsleistung von mindestens 300 Watt, bevorzugt mindestens 330 Watt, noch bevorzugter mehr als 350 Watt aufzuweisen, wobei das Batteriepack ein Verhältnis von Nennausgangsleistung zu Gewicht von mindestens 1000 Watt/Kilogramm, bevorzugt mindestens 1100 Watt/Kilogramm, noch bevorzugter mindestens 1170 Watt/Kilogramm, noch bevorzugter mindestens 1200 Watt/Kilogramm, noch bevorzugter mindestens 1230 Watt/Kilogramm, noch bevorzugter mindestens 1275 Watt/Kilogramm, noch bevorzugter mindestens 1320 Watt/Kilogramm, noch bevorzugter mindestens 1350 Watt/Kilogramm, noch bevorzugter mindestens 1400 Watt/Kilogramm, und noch bevorzugter mindestens 1500 Watt/Kilogramm aufweist.
4. Batteriepack gemäß Ausführungsform 3, ferner mit einem Gewicht von weniger als 300 Gramm, bevorzugt weniger als 275 Gramm, noch bevorzugter weniger als 250 Gramm, noch bevorzugter weniger als 235 Gramm, und noch bevorzugter weniger als 220 Gramm.
5. Batteriepack gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen, ferner mit einer Nennausgangsspannung, die größer als 20 Volt ist, z. B. zwischen etwa 21 und 30 Volt.
6. Batteriepack gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen, bei dem das Batteriepack weniger als acht lithiumbasierte Batteriezellen aufweist, z. B. sechs bis acht Batteriezellen, z. B. Lithiumionen-Batteriezellen.
7. Batteriepack gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen, bei dem die Batteriezellen jeweils ein Verhältnis von Oberfläche zu Volumen aufweisen, das größer oder gleich etwa 0,30 ist, bevorzugt größer oder gleich 0,33.
8. Batteriepack gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen, bei dem die Batteriezellen jeweils eine zylindrische Form und einen Durchmesser aufweisen, der kleiner oder gleich etwa 14 mm ist.
9. Batteriepack gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen, bei dem die Batteriezellen jeweils eine Länge aufweisen, die kleiner oder gleich etwa 55 mm ist, bevorzugt kleiner oder gleich 50 mm.
10. Batteriepack gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen, ferner mit einem Nennausgangsstrom, der kleiner oder gleich etwa 18 Ampere ist, bevorzugt kleiner oder gleich 15 Ampere.
11. Batteriepack gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen, ferner mit einer Nennkapazität, die kleiner oder gleich etwa 1 Amperestunde ist, bevorzugt kleiner oder gleich etwa 0,9 Amperestunden, noch bevorzugter kleiner oder gleich etwa 0,8 Amperestunden, und noch bevorzugter zwischen etwa 0,5 und 0,7 Amperestunden.
12. Batteriepack gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen, bei dem das Batteriepack sieben Lithiumionen-Batteriezellen aufweist, die in Reihe geschaltet sind und eine Nennausgangsspannung von etwa 25 Volt aufweisen.
13. Batteriepack gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen, ferner mit einem oder mehreren Batterieanschlüssen, die dazu ausgebildet oder angepasst sind, mit Batterieanschlüssen des handgehaltenen Kraftwerkzeugs elektrisch verbunden zu werden, einem Steuerungskommunikationsport, einem Eingriffsmittel, beispielsweise Gleitschienen, zum Eingriff des Batteriepacks mit einem Batteriehalter des handgehaltenen Kraftwerkzeugs und/oder einem Verriegelungsmittel, beispielsweise einer von einem Benutzer betätigbaren Verriegelung zum lösbaren Verriegeln des Batteriepacks mit dem handgehaltenen Kraftwerkzeug.
14. Batteriepack gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen, ferner mit einer Strombegrenzungsschaltung, die dazu ausgebildet ist, die Menge an Strom, die über den Batteriezellen fließt, zu begrenzen, z. B. mit einer Stromschwelle von 18 Ampere oder weniger, bevorzugt 15 Ampere oder weniger.
15. Kraftwerkzeugsystem oder Kit mit: einem handgehaltenen batteriebetriebenen Werkzeug, das zum Betrieb mit einem Batteriepack ausgebildet ist, das eine Nennausgangsleistung von 600 Watt oder mehr, bevorzugt 700 Watt oder mehr, noch bevorzugter 800 Watt oder mehr, aufweist, und dem Batteriepack gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen.
16. Kraftwerkzeugsystem oder Kit gemäß Ausführungsform 15, bei dem das handgehaltene batteriebetriebene Werkzeug ein Werkzeuggehäuse, einen Elektromotor und ein Getriebe, die in dem Werkzeuggehäuse angeordnet sind, und/oder einen Drücker, der zum Betätigen des Elektromotors zum Antreiben des Getriebes ausgebildet ist, aufweist.
17. Kraftwerkzeugsystem oder Kit gemäß Ausführungsform 15 oder 16, bei dem: das handgehaltene batteriebetriebene Werkzeug zumindest im Wesentlichen eine L-Form oder eine T-Form aufweist und einen Drücker aufweist, der in einer vertikalen Richtung zwischen einem Motorgehäuse und einem Batteriehalter angeordnet ist, und wenn das Batteriepack an dem Batteriehalter angebracht ist, das Kraftwerkzeugsystem einen Schwerpunkt aufweist, der in der vertikalen Richtung innerhalb der Höhe des Drückers liegt.
18. Kraftwerkzeugsystem oder Kit gemäß Ausführungsform 15, 16 oder 17, ferner mit: einem zweiten Batteriepack, das eine Nennausgangsleistung von mindestens 600 Watt, bevorzugt mindestens 700 Watt, noch bevorzugter mindestens 800 Watt, und mindestens im Wesentlichen die gleiche Ausgangsspannung wie das Batteriepack der Ausführungsformen 1–14 aufweist, wobei das handgehaltene batteriebetriebene Werkzeug dazu ausgebildet ist, mit beiden Batteriepacks verbunden und von diesen angetrieben zu werden.
19. Kraftwerkzeugsystem oder Kit nach einer der Ausführungsformen 15–18, bei dem das handgehaltene batteriebetriebene Werkzeug ferner eine Strombegrenzungsschaltung aufweist, die zum Begrenzen der Menge an Strom, die zu dem Elektromotor des handgehaltenen batteriebetriebenen Werkzeugs und/oder zu dem Batteriepack fließt, ausgebildet ist.
20. Kraftwerkzeugsystem oder Kit gemäß Ausführungsform 19, bei dem die Strombegrenzungsschaltung eine obere Stromschwelle von 30 Ampere aufweist.
21. Kraftwerkzeugsystem oder Kit gemäß einer der Ausführungsformen 18–20, ferner mit einem Lader, der zum Laden des Batteriepacks der Ausführungsformen 1–14 und des zweiten Batteriepacks der Ausführungsform 18 ausgebildet oder angepasst ist, die beide dieselbe oder annähernd dieselbe Nennausgangsspannung aufweisen, z. B. etwa 21–30 V.
22. Kraftwerkzeugsystem oder Kit gemäß einer der Ausführungsformen 15–21, bei dem das handgehaltene batteriebetriebene Werkzeug ein Schlagschrauber, eine Kreissäge oder ein Bohrer ist.
23. Kraftstoffwerkzeugsystem oder Kit gemäß einer der Ausführungsformen 15–22, bei dem das handgehaltene batteriebetriebene Werkzeug weniger als 2 Kilogramm, bevorzugt weniger als 1,5 Kilogramm, noch bevorzugter weniger als 1,3 Kilogramm, und noch bevorzugter weniger als 1,0 Kilogramm wiegt.
24. Batteriepack oder Kraftwerkzeugsystem oder Kit gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen, bei dem die Batteriezellen 50 bevorzugt einen Innenwiderstand (Rbatt) aufweisen, der kleiner oder gleich 50 Milliohm ist, bevorzugt kleiner oder gleich 45 Milliohm, noch bevorzugter kleiner oder gleich 40 Milliohm.

Bezugszeichenliste

10: Schlagschrauber
12: Werkzeugfutter
14: Gehäuse
16: Drücker
18: Handgriff
20: Batteriehalter
30: Batteriepack
32: äußeres Gehäuse
34: Gleitschienen
36: Verriegelung
38: Batterieanschlüsse
40: Trennplatte
41: Batterieanschlussnut
42: Eingangs-/Ausgangsverbindungsnut
50: Batteriezellen
52: Leiter
70: Kreissäge
72: Kreissägeblatt
74: Gehäuse
76: Drücker
78: Handgriff
80: Batteriehalter
90: Bohrer
92: Werkzeugfutter
94: Gehäuse
96: Drücker
98: Handgriff
100: Batteriehalter
130: Batteriepack
150: Batteriezellen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7273159 [0003]
US 2003/0203669 A1 [0005, 0056]

Claims

Elektrowerkzeug (10; 70; 90) mit: einem Elektromotor, der dazu ausgebildet ist, durch Leistung, die von einer wieder aufladbaren Lithiumionen-Batterie zugeführt wird, angetrieben zu werden; einem drehbaren Werkzeug, das dazu ausgebildet ist, von dem Elektromotor angetrieben zu werden; und einem Schalter (16; 76; 96), der dazu ausgebildet ist, zu bewirken, dass bei einer Betätigung durch einen Benutzer dem Elektromotor Leistung aus der wieder aufladbaren Lithiumionen-Batterie zugeführt wird, wobei die wieder aufladbare Lithiumionen-Batterie eine Batteriezelle (50) des Typs 14500 aufweist.
Elektrowerkzeug nach Anspruch 1, bei dem die wieder aufladbare Lithiumionen-Batterie dazu ausgebildet ist, den Motor so anzutreiben, dass eine Ausgangsleistung des Elektromotors zum Antreiben des drehbaren Werkzeugs ausreicht.
Elektrowerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Batteriezelle (50) des Typs 14500 eine zylindrische Form mit einem Durchmesser von etwa 14 mm oder weniger und einer Höhe von etwa 50 mm oder weniger aufweist.
Elektrowerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die wieder aufladbare Lithiumionen-Batterie eine oder mehrere Batteriezellen (50) des Typs 14500 aufweist.
Elektrowerkzeug nach Anspruch 4, bei dem die wieder aufladbare Lithiumionen-Batterie mehrere Batteriezellen (50) des Typs 14500 aufweist, die in Reihe geschaltet sind.
Elektrowerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner mit einer Strombegrenzungsschaltung, die zum Detektieren eines Stroms ausgebildet ist, der dem Elektromotor aus der wieder aufladbaren Lithiumionen-Batterie zugeführt wird, wobei, wenn der detektierte Stromfluss größer als ein Schwellenwert ist, die Strombegrenzungsschaltung den Stromfluss zwischen der wieder aufladbaren Lithiumionen-Batterie und dem Elektromotor unterbricht.
Elektrowerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner mit einer Schutzschaltung, die zum Überwachen eines Ladens und/oder Entladens der wieder aufladbaren Lithiumionen-Batterie und zum Schützen der wieder aufladbaren Lithiumionen-Batterie ausgebildet ist.
Elektrowerkzeug nach Anspruch 7, bei dem die Schutzschaltung auf einer Leiterplatte (40) montiert ist, die auf einer Außenseite der wieder aufladbaren Lithiumionen-Batterie in einer radialen Richtung der wieder aufladbaren Lithiumionen-Batterie angeordnet ist.
Elektrowerkzeug nach Anspruch 8, bei dem die Leiterplatte (40) im Wesentlichen parallel zu der wieder aufladbaren Lithiumionen-Batterie angeordnet ist.
Handgehaltenes Elektrowerkzeug (10; 70; 90) mit: einem Gehäuse (14, 18, 20; 74, 78, 80; 94, 98, 100); einem Elektromotor, der dazu ausgebildet ist, durch Leistung, die von einer wieder aufladbaren Lithiumionen-Batterie zugeführt wird, angetrieben zu werden; einem drehbaren Werkzeug, das dazu ausgebildet ist, von dem Elektromotor angetrieben zu werden; und einem Schalter (16; 76; 96), der dazu ausgebildet ist, zu bewirken, dass bei einer Betätigung durch einen Benutzer dem Elektromotor Leistung aus der wieder aufladbaren Lithiumionen-Batterie zugeführt wird, wobei: die wieder aufladbare Lithiumionen-Batterie eine Batteriezelle (50) des Typs 14500 aufweist; und die wieder aufladbare Lithiumionen-Batterie in einem Batteriepack (30) ausgeführt ist, das dazu ausgebildet ist, an dem Gehäuse (14, 18, 20; 74, 78, 80; 94, 98, 100) des Elektrowerkzeugs (10; 70; 90) angebracht und von diesem abgenommen zu werden.
Elektrowerkzeug nach Anspruch 10, bei dem die wieder aufladbare Lithiumionen-Batterie dazu ausgebildet ist, den Elektromotor so anzutreiben, dass eine Ausgangsleistung des Elektromotors zum Antreiben des drehbaren Werkzeugs ausreicht.
Elektrowerkzeug nach Anspruch 10 oder 11, bei dem das Gehäuse (14, 18, 20; 74, 78, 80; 94, 98, 100) einen Batteriehalter (20; 80; 100) aufweist, der dazu ausgebildet ist, das Batteriepack (30) aufzunehmen.
Elektrowerkzeug nach einem der Ansprüche 10 bis 12, ferner mit einer Schutzschaltung, die dazu ausgebildet ist, ein Laden und/oder Entladen der wieder aufladbaren Lithiumionen-Batterie zu überwachen und die wieder aufladbare Lithiumionen-Batterie zu schützen, wobei das Gehäuse (14, 18, 20; 74, 78, 80; 94, 98, 100) einen Griff (18; 78; 98) aufweist, der einem Benutzer ermöglicht, das Elektrowerkzeug zu greifen, und wobei die Schutzschaltung auf einer Leiterplatte (40) montiert ist, die auf einer lateralen Seite eines Abschnitts der wieder aufladbaren Lithiumionen-Batterie angeordnet ist, der außerhalb des Griffs (18; 78; 98) angeordnet ist.
Elektrowerkzeug nach einem der Ansprüche 10 bis 12, ferner mit einer Schutzschaltung, die dazu ausgebildet ist, ein Laden und/oder Entladen der wieder aufladbaren Lithiumionen-Batterie zu überwachen und die wieder aufladbare Lithiumionen-Batterie zu schützen, wobei die Schutzschaltung auf einer Leiterplatte (40) montiert ist, die auf einer Außenseite der wieder aufladbaren Lithiumionen-Batterie in einer radialen Richtung der wieder aufladbaren Lithiumionen-Batterie angeordnet ist.
Elektrowerkzeug nach Anspruch 14, bei dem die Leiterplatte (40) im Wesentlichen parallel zu der wieder aufladbaren Lithiumionen-Batterie angeordnet ist.
Elektrowerkzeug nach einem der Ansprüche 10 bis 15, bei dem die Batteriezelle (50) des Typs 14500 eine zylindrische Form mit einem Durchmesser von etwa 14 mm oder weniger und einer Höhe von etwa 50 mm oder weniger aufweist.
Elektrowerkzeug nach einem der Ansprüche 10 bis 16, bei dem die wieder aufladbare Lithiumionen-Batterie eine oder mehrere Batteriezellen (50) des Typs 14500 aufweist.
Elektrowerkzeug nach Anspruch 17, bei dem die wieder aufladbare Lithiumionen-Batterie mehrere in Reihe geschaltete Batteriezellen (50) des Typs 14500 aufweist.
Elektrowerkzeug nach einem der Ansprüche 10 bis 18, ferner mit einer Strombegrenzungsschaltung, die dazu ausgebildet ist, einen Strom zu detektieren, der dem Elektromotor aus der wieder aufladbaren Lithiumionen-Batterie zugeführt wird, wobei, wenn der detektierte Stromfluss größer als ein Schwellenwert ist, die Strombegrenzungsschaltung den Stromfluss zwischen der wieder aufladbaren Lithiumionen-Batterie und dem Elektromotor unterbricht.
Elektrowerkzeug nach Anspruch 10, bei dem die wieder aufladbare Lithiumionen-Batterie mehrere in Reihe geschaltete Batteriezellen (50) des Typs 14500 aufweist, die dazu ausgebildet oder angepasst sind, eine Nennausgangsleistung von mindestens 300 Watt aufzuweisen, und das Batteriepack (30) weniger als 275 Gramm wiegt.
Elektrowerkzeug nach Anspruch 20, bei dem die mehreren in Reihe geschalteten Batteriezellen (50) dazu ausgebildet oder angepasst sind, eine Nennausgangsleistung von mindestens 330 Watt, bevorzugt mindestens 350 Watt, aufzuweisen und das Batteriepack weniger als 275 Gramm, bevorzugt weniger als 235 Gramm, noch bevorzugter weniger als 220 Gramm, wiegt.
Elektrowerkzeug nach Anspruch 20 oder 21, bei dem das Batteriepack (30) ein Verhältnis von Nennausgangsleistung zu Gewicht von mindestens 1100 Watt/Kilogramm aufweist.
Elektrowerkzeug nach Anspruch 22, bei dem das Verhältnis von Nennausgangsleistung zu Gewicht mindestens 1200 Watt/Kilogramm, bevorzugt mindestens 1275 Watt/Kilogramm, noch bevorzugter mindestens 1350 Watt/Kilogramm, und noch bevorzugter mindestens 1500 Watt/Kilogramm beträgt.
Elektrowerkzeug nach einem der Ansprüche 20 bis 23, bei dem das Batteriepack (30) eine Nennausgangsspannung aufweist, die größer als 20 Volt ist, z. B. zwischen etwa 21 und 30 Volt, bevorzugt zwischen 25–26 Volt.
Elektrowerkzeug nach einem der Ansprüche 20 bis 24, bei dem das Batteriepack (30) weniger als acht Batteriezellen (50) aufweist, z. B. sechs bis acht Lithiumionen-Batteriezellen.
Elektrowerkzeug nach einem der Ansprüche 20 bis 25, bei dem die Batteriezellen (50) jeweils ein Verhältnis von Oberfläche zu Volumen aufweisen, das größer oder gleich etwa 0,30 ist, bevorzugt größer oder gleich 0,33.
Elektrowerkzeug nach einem der Ansprüche 20 bis 26, bei dem das Batteriepack (30) einen Nennausgangsstrom kleiner oder gleich etwa 18 Ampere, bevorzugt kleiner oder gleich 15 Ampere, aufweist.
Elektrowerkzeug nach einem der Ansprüche 20 bis 27, bei dem das Batteriepack (30) eine Nennkapazität kleiner oder gleich etwa 0,7 Amperestunden, bevorzugt größer oder gleich 0,5 Amperestunden, aufweist.
Elektrowerkzeug nach einem der Ansprüche 20 bis 28, bei dem das Batteriepack (30) ferner einen oder mehrere Batterieanschlüsse (38), die dazu ausgebildet oder angepasst sind, elektrisch mit Batterieanschlüssen des handgehaltenen Elektrowerkzeugs (10; 70; 90) verbunden zu werden, ein Eingriffsmittel (34), beispielsweise Gleitschienen, zum Eingriff des Batteriepacks (30) mit einem Batteriehalter (20; 80; 100) des handgehaltenen Elektrowerkzeugs (10; 70; 90) und ein Verriegelungsmittel (36), beispielsweise eine von einem Benutzer betätigbare Verriegelung, zum lösbaren Verriegeln des Batteriepacks (30) mit dem handgehaltenen Elektrowerkzeug (10; 70; 90) aufweist.
Elektrowerkzeug nach einem der Ansprüche 20 bis 29, ferner mit einer Strombegrenzungsschaltung, die zum Begrenzen der Menge an Strom, die über den Batteriezellen (50) fließt, auf einen Schwellenwert von 18 Ampere oder weniger, bevorzugt 15 Ampere oder weniger, ausgebildet ist.
Elektrowerkzeug nach einem der Ansprüche 20 bis 30, bei dem die Batteriezellen (50) einen Innenwiderstand (Rbatt) kleiner oder gleich 45 Milliohm, bevorzugt kleiner oder gleich 40 Milliohm, aufweisen.
Batteriepack (30), das dazu ausgebildet oder angepasst ist, an einem handgehaltenen Kraftwerkzeug (10; 17; 90) angebracht zu werden und dieses anzutreiben, mit: einer Mehrzahl von in Reihe geschalteten Batteriezellen (50), die dazu ausgebildet oder angepasst sind, eine Nennausgangsleistung von mindestens 300 Watt aufzuweisen, wobei das Batteriepack (30) weniger als 275 Gramm wiegt.
Batteriepack (30) nach Anspruch 32, bei dem die Mehrzahl von in Reihe geschalteten Batteriezellen dazu ausgebildet oder angepasst ist, eine Nennausgangsleistung von mindestens 330 Watt, bevorzugt mindestens 350 Watt, aufzuweisen und das Batteriepack weniger als 250 Gramm, bevorzugt weniger als 235 Gramm, noch bevorzugter weniger als 220 Gramm, wiegt.
Batteriepack (30) nach Anspruch 32 oder 33, ferner mit einem Verhältnis von Nennausgangsleistung zu Gewicht von mindestens 1100 Watt/Kilogramm.
Batteriepack (30) nach Anspruch 34, bei dem das Verhältnis von Nennausgangsleistung zu Gewicht mindestens 1200 Watt/Kilogramm, bevorzugt mindestens 1275 Watt/Kilogramm, noch bevorzugter mindestens 1350 Watt/Kilogramm, und noch bevorzugter mindestens 1500 Watt/Kilogramm beträgt.
Batteriepack (30), das dazu ausgebildet oder angepasst ist, an einem handgehaltenen Kraftwerkzeug angebracht zu werden und dieses anzutreiben, mit: einer Mehrzahl von in Reihe geschalteten Batteriezellen (50), die dazu ausgebildet oder angepasst sind, eine Nennausgangsleistung von mindestens 300 Watt aufzuweisen, wobei das Batteriepack (30) ein Verhältnis von Nennausgangsleistung zu Gewicht von mindestens 1100 Watt/Kilogramm aufweist.
Batteriepack (30) nach Anspruch 36, bei dem das Verhältnis von Nennausgangsleistung zu Gewicht mindestens 1200 Watt/Kilogramm, bevorzugt mindestens 1275 Watt/Kilogramm, noch bevorzugter mindestens 1350 Watt/Kilogramm, und noch bevorzugter mindestens 1500 Watt/Kilogramm beträgt.
Batteriepack (30) nach Anspruch 36 oder 37, ferner mit einem Gewicht von weniger als 275 Gramm.
Batteriepack (30) nach Anspruch 38, bei dem das Batteriepack (30) weniger als 250 Gramm, bevorzugt weniger als 235 Gramm, noch bevorzugter weniger als 220 Gramm, wiegt.
Batteriepack (30) nach einem der Ansprüche 32–39, ferner mit einer Nennausgangsspannung, die größer als 20 Volt ist, z. B. zwischen etwa 21 und 30 Volt, noch bevorzugter zwischen 25–26 Volt.
Batteriepack (30) nach einem der Ansprüche 32–40, bei dem das Batteriepack (30) weniger als acht lithiumbasierte Batteriezellen (50) aufweist, z. B. sechs bis acht Batteriezellen, z. B. Lithiumionen-Batteriezellen.
Batteriepack (30) nach einem der Ansprüche 32–41, bei dem die Batteriezellen (50) jeweils ein Verhältnis von Oberfläche zu Volumen aufweisen, das größer oder gleich etwa 0,30 ist, bevorzugt größer oder gleich 0,33.
Batteriepack (30) nach einem der Ansprüche 32–42, bei dem die Batteriezellen (50) jeweils eine zylindrische Form und einen Durchmesser, der kleiner oder gleich etwa 14 mm ist, aufweisen.
Batteriepack (30) nach einem der Ansprüche 32–43, bei dem die Batteriezellen (50) jeweils eine Länge aufweisen, die kleiner oder gleich etwa 50 mm ist.
Batteriepack (30) nach einem der Ansprüche 32–44, ferner mit einem Nennausgangsstrom, der kleiner oder gleich etwa 18 Ampere ist, bevorzugt kleiner oder gleich 15 Ampere.
Batteriepack (30) nach einem der Ansprüche 32–45, ferner mit einer Nennkapazität, die kleiner oder gleich etwa 0,7 Amperestunden ist, bevorzugt kleiner oder gleich etwa 0,5 Amperestunden.
Batteriepack (30) nach einem der Ansprüche 32–46, bei dem das Batteriepack (30) sieben Lithiumionen-Batteriezellen (50) aufweist, die in Reihe geschaltet sind und eine Nennausgangsspannung von 25–26 Volt aufweisen.
Batteriepack (30) nach einem der Ansprüche 32–47, ferner mit einem oder mehreren Batterieanschlüssen (38), die dazu ausgebildet oder angepasst sind, mit Batterieanschlüssen des handgehaltenen Kraftwerkzeugs (10; 70; 90) elektrisch verbunden zu werden, einem Eingriffsmittel (34), beispielsweise Gleitschienen, zum Eingriff des Batteriepacks (30) mit einem Batteriehalter (20; 80; 100) des handgehaltenen Kraftwerkzeugs (10; 70; 90) und einem Verriegelungsmittel (36), beispielsweise eine von einem Benutzer betätigbare Verriegelung, zum lösbaren Verriegeln des Batteriepacks (30) mit dem handgehaltenen Kraftwerkzeug (10; 70; 90).
Batteriepack (30) gemäß einem der Ansprüche 32–48, ferner mit einer Strombegrenzungsschaltung, die zum Begrenzen der Menge an Strom, die über den Batteriezellen fließt, auf eine Schwelle von 18 Ampere oder weniger, bevorzugt 15 Ampere oder weniger, ausgebildet ist.
Batteriepack (30) gemäß einem der Ansprüche 32–49, bei dem die Batteriezellen (50) einen Innenwiderstand (Rbatt) aufweisen, der kleiner oder gleich etwa 45 Milliohm, bevorzugt kleiner oder gleich 40 Milliohm, ist.
Kraftwerkzeugsystem oder Kit mit: einem handgehaltenen batteriebetriebenen Werkzeug (10; 70; 90), das zum Betrieb mit einem Batteriepack (130) mit einer Nennausgangsleistung von 600 Watt oder mehr, bevorzugt 700 Watt oder mehr, noch bevorzugter 800 Watt oder mehr, ausgebildet oder angepasst ist, und dem Batteriepack (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Kraftwerkzeugsystem oder Kit nach Anspruch 51, bei dem das handgehaltene batteriebetriebene Werkzeug (10; 70; 90) ein Werkzeuggehäuse (14), einen Elektromotor und ein Getriebe, die in dem Werkzeuggehäuse angeordnet sind, und einen Drücker (16), der zum Betätigen des Elektromotors zum Antreiben des Getriebes ausgebildet ist, aufweist.
Kraftwerkzeugsystem oder Kit nach Anspruch 51 oder 52, bei dem: das handgehaltene batteriebetriebene Werkzeug (10; 70; 90) zumindest im Wesentlichen eine L-Form oder eine T-Form aufweist, der Drücker (16) in einer vertikalen Richtung zwischen einem Motorgehäuse und einem Batteriehalter (20; 80; 100) angeordnet ist und wenn das Batteriepack (30) an dem Batteriehalter (20; 80; 100) angebracht ist, das Kraftwerkzeugsystem einen Schwerpunkt aufweist, der in der vertikalen Richtung innerhalb der Höhe des Drückers (16) liegt.
Kraftwerkzeugsystem oder Kit nach einem der Ansprüche 51–53, ferner mit: einem zweiten Batteriepack (130), das eine Nennausgangsleistung von mindestens 600 Watt, bevorzugt mindestens 700 Watt, noch bevorzugter mindestens 800 Watt, und zumindest im Wesentlichen dieselbe Ausgangsspannung wie das Batteriepack der Ansprüche 1–18 aufweist, wobei das handgehaltene batteriebetriebene Werkzeug (20; 80; 100) dazu ausgebildet ist, mit beiden Batteriepacks (30; 130) verbunden und von diesen angetrieben zu werden.
Kraftwerkzeugsystem oder Kit nach einem der Ansprüche 51–54, bei dem das handgehaltene batteriebetriebene Werkzeug (10; 70; 90) ferner eine Strombegrenzungsschaltung aufweist, die zum Begrenzen der Menge an Strom, die zu dem Elektromotor des handgehaltenen batteriebetriebenen Werkzeugs (10; 70; 90) und/oder zu dem Batteriepack (30; 130) fließt, ausgebildet ist.
Kraftwerkzeugsystem oder Kit nach Anspruch 55, bei dem die Strombegrenzungsschaltung eine obere Stromschwelle von 30 Ampere aufweist.
Kraftwerkzeugsystem oder Kit nach einem der Ansprüche 54–56, ferner mit einem Lader, der zum Laden des Batteriepacks der Ansprüche 32–50 und des zweiten Batteriepacks des Anspruchs 54 ausgebildet oder angepasst ist, die beide die gleiche oder annährend die gleiche Nennausgangsspannung aufweisen, z. B. etwa 21–30 V.
Kraftwerkzeugsystem oder Kit nach einem der Ansprüche 51–57, bei dem das handgehaltene batteriebetriebene Werkzeug ein Schlagschrauber (10), eine Kreissäge (70) oder ein Bohrer (90) ist.
Kraftwerkzeugsystem oder Kit nach einem der Ansprüche 51–58, bei dem das handgehaltene batteriebetriebene Werkzeug (10; 70; 90) weniger als 2 Kilogramm, bevorzugt weniger als 1,5 Kilogramm, noch bevorzugter weniger als 1,3 Kilogramm, und noch bevorzugter weniger als 1,0 Kilogramm wiegt.