DE2215217C2 - Batterie aus Akkumulatorenzellen, die durch Einfüllen eines Elektrolyten aktiviert werden, wobei jede Zelle mit einem eigenen Elektrolytbehälter versehen ist - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Batterie aus Akkumulatorenzellen mit vorgeladenen, trockenen Elektroden, die nach Lagerung durch Einfüllen eines Elektrolyts aktiviert werden, wobei jede Zelle mit einem eigenen, über einen Kanal mit einem zentralen Druckerzeuger in Verbindung stehenden Elektrolytbehälter versehen ist und bei Einwirkung des Druk,-kes der Inhalt der Elektrolytbehälter in die zugehörige Zelle gedrückt wird, und hat eine besonders zweckmäßige Ausgestaltung zum Gegenstand, durch welche die nachträgliche Aktivierung von Knopfzellen auf einfache Art und Weise erreicht wird.

Zum Aktivieren von Batterien mit vorgeladenen, trockenen Elektroden sind zwei Systeme bekannt. Bei dem einen System sind die Elektrodenpaare als Paket oder Stapel in einem gemeinsamen Batteriegehäuse angeordnet, welches am Boden oder Deckel mit einer zentralen Elektrolytkammer versehen ist, deren Inhalt bei der Aktivierung in das Batteriegehäuse eingeleitet wird, wobei auf die zentrale Elektrolytkammer ein Druck ausgeübt wird. Bei diesem System wird der Elektrolyt von einer zentralen Vorratskammer durch einen in der Regel zentrischen Kanal den einzelnen Elektroden zugeführt. Der Druck auf die Elektrolytkammer erfolgt entweder mit Hilfe einer elastischen Kammerwand oder mit Hilfe einer von einer Gaskammer beaufschlagten, im Elektrolytraum sich ausdehnenden Gasblase. Weiterhin ist es bekannt, Batterien nach dem gleichen System mit Hilfe einer zentralen Füllvorrichtung zu aktivieren, wobei lediglich entsprechende Leitungen zum Einführen des Elektrolyten in das Batteriegehäuse zusätzlich vorgesehen sind. Alle diese Ausführungen, haben den Nachteil, daß die Zellen durch die gemeinsamen Elektrolytkanäle einen elektrolytischen Nebenschluß bilden, der über längere Zeit zu Kapazitätsverlusten und Erwärmungen führt. Das zweite Aktivierungssystem sieht zwecks Vermeidung elektrolytischer Nebenschlüsse durch gemeinsame Elektrolytkanäle vor, daß jede Einzelzelle des Batterieblocks einen eigenen Elektrolytvorrat in einem Vor-

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ratsgefäß hat und diese Vorratsgefäße von einem hat. Der Druckkanal stellt auf diese Art und Weise zentralen Gastank bzw. einer Gaspatrone beauf- eine Verteilerleitung dar, und durch die Querkanäle schlagt werden. Nach diesem Vorschlag ist im Batte- wird der Druck jeder einzelnen Knopfzelle im Beriegehäuse für jede Einzelzelle ein besonderer Elek- reich des Membrandeckels zugeführt. Zum Abschluß trolyttank vorgesehen, der über eine Elektrolytlei- 5 des Stapels aus Abstandshaltern ist vorzugsweise am tung mit der entsprechenden Einzelzelle verbunden Bodenteil des Batteriegehäuses eine angepaßte Formist. Eine solche Ausführung erfordert jedoch in nach- platte vorgesehen, durch welche außerdem das positeiliger Weise einen umständlichen Aufbau mit einem tive Anschlußkabel hindurchgeführt ist. sehr großen Platzbedarf, so daß sie in der Regel nur Bei einer anderen Ausführungsform sind als Ab-

für spezielle Aufgaben gefertigt wird. Die Erfindung io standshalter zwei Halbschalen mit Ausnehmungen geht weiterhin davon aus, daß bei den bekannten, zur Aufnahme je einer Hälfte eines Knopfzellenstagasdichten Knopfzellen der Elektrolyt von vornher- pefo vorgesehen, wobei halbringförmige Stützschul· ein in dem Gehäuse eingelagert ist. Trocken geladene tern sowie zu den einzelnen Zellen führende Druck-Knopfzellen, die nach Lagerung durch Einfüllen kanäle angeformt und beide Halbschalen an ihren eines Elektrolyten aktiviert werden, sind hingegen 15 Stoßflächen miteinander verklebt oder verschweißt nicht bekannt. sind.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe Am oberen Ende des Abstandshalters hingegen

zugrunde, eine Batterie aus gasdichten Knopfzellen läßt sich auf einfache Art und Weise ein zylinmit vorgeladenen, trockenen Elektroden zu entwik- drischer Formkörper mit einer Druckkammer anordkeln, die nach einer Lagerung aktiviert werden kön- ao nen, der ebenfalls über einen Querkanal mit dem nen. Druckkanal in Verbindung steht. Die Druckerzeu-

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- gung kann auf verschiedene Art und Weise erfolgen, löst, daß mit einem Membrandeckel und einem dar- So besteht beispielsweise die Möglichkeit, in der unter angeordneten Elektrolytbehälter versehene, Druckkammer einen pyrotechnischen Gaserzeuger gasdichte Knopfzellen in Abstandshaltern liegend in »5 anzuordnen, dessen Gasdruck bei Zündung unmitteleinem zylinderförmigen Batteriegehäuse gestapelt bar auf den Druckkanal einwirkt. Es besteht aber sind und die Abstandshalter mit einem Druckkanal auch die Möglichkeit, zur Druckübertragung ein flüsversehen sind, von dem zu jeder Knopfzelle ein siges Medium zu verwenden. In diesem Falle ist der Querkanal führt und welcher an eine mit einem Druckkanal mit einer geeigneten Flüssigkeit gefüllt, Druckerzeuger versehene Druckkammer angeschlos- 30 welche zum Zwecke der Aktivierung von einem sen ist. Druck beaufschlagt wird, der beispielsweise auch

In vorteilhafter Weise ist erfindungsgemäß den wieder mit Hilfe eines zündbaren Gaserzeugers auf-Knopfzellen ein eigener Elektrolytbehälter zugeord- gebaut werden kann. Gegebenenfalls kann die net. Bei einer Druckerzeugung in der Druckkammer Druckübertragung auch mit Hilfe eines Druckkolzum Zwecke der Aktivierung wirkt dieser auf den 35 bens erfolgen, der von dem Gaserzeuger oder einer Membrandeckel einer jeden Knopfzelle und drückt anderen Vorrichtung beaufschlagt wird, bzw. stülpt diesen ein, so daß der darunter befind- Der Aufbau der neuartigen Knopfzelle ist beson-

liche Elektrolytbehälter platzt bzw. zerstört wird und ders einfach, wobei der Elektrolytbehälter so günstig der darin befindliche Elektrolyt in den Elektroden- eingelagert ist, daß der übliche Aufbau einer Knopfraum der Zelle gelangt. Ein weiterer Vorteil ist durch 40 zelle erhalten bleibt. Dies wird dadurch erreicht, daß die Verwendung von Abstandshaltern erreicht, mit die gasdichte Knopfzelle mit einem kappenförmigen, denen die Knopfzellen in einer beliebigen Anzahl in Schlitze oder Perforationen besitzenden Gehäuseeinem Batteriegehäuse gestapelt werden können. oberteil versehen ist, auf dem der Elektrolytbehälter Hierdurch lassen sich Batterien mit beliebigen Kapa- liegt, welcher von einem kappenförmigen Membranzitäten und anderen elektrischen Werten baukasten- 45 deckel überdeckt ist. Durch Einwirkung eines Drukartig zusammensetzen, wobei lediglich die Gestaltung kes auf den kappenförmigen Membrandeckel wird des Batteriegehäuses etnsprechend angepaßt zu wer- dieser eingedrückt und zerstört dabei den Elektrolytden braucht. behälter. Der Elektrolytbehälter platzt, und der Elek-

Die zum Stapeln der neuartigen Knopfzellen erfor- trolyt fließt in den Elektrodenraum bzw. wird in diederlichen Bauteile der Batterie sind von besonders 50 sen hineingedrückt. Für diesen Zweck ist der Elekeinfacherm Aufbau. Bei einer Ausiührungsforro sind trolytbehälter zweckmäßig aus einer geeigneten ringförmige Abstandsringe vorgesehen, ^ welche vor- Kunststoffolie hergestellt, die so ausgelegt ist, daß sie zugsweise mit einer nach innen weisenden Ringschul- bei der Druckeinwirkung platzt bzw. reißt. Zweckter versehen sind, die den aufgewölbten Membran- mäßig sind zwischen den Knopfzellen Kontakteledeckel einer Knopfzelle einfassen und eine Abstüt- 55 mente angeordnet.

zung für den Randbereich des Gehäuseunterteils Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeicheiner benachbarten Knopfzelle bilden. Durch diese nung an Hand von zwei Ausführungsbeispielen näher Ausgestaltung haben die Knopfzellen in dem Stapel dargestellt, und zwar zeigt

einen festen und sicheren Halt. Vorzugsweise sind Fig. 1 einen mittleren Längsschnitt durch eine

die ringförmigen Abstandshalter an ihren Stoßflä- 60 Batterie mit einem Stapel Knopfzellen und einer Akchen miteinander verklebt oder verschweißt, so daß tiviereinrichtung,

der ganze Stapel aus ringförmigen Abstandshaltern F i g. 2 einen Ausschnitt des Gegenstandes der

ein geschlossenes Gehäuse für die eingelagerten F i g. 1 im Bereich der Knopfzelle», in vergrößertem Knopfzellen bildet. Zur Bildung des Druckkanals Maßstab,

sind vorzugsweise die Abstandshalter mit zwei nach 65 F i g. 3 den Gegenstand der F i g. 2 in einem mittleaußen weisenden Stegen versehen, welche mit einer ren Querschnitt nach Linie I-I, Abdeckwand abgedeckt, and, wobei jeder Abstands- F i g. 4 einen Ausschnitt aus F i g. 1 im Kopfbe-

halter im Bereich der Ringschulter einen Querkanal reich des Stapels in vergrößertem Maßstab und

F i g. 5 und 6 ein anderes Ausführungsbeispiel eines längsgeteilten Abstandshalters.

Die Batterie besteht im wesentlichen aus einem rohrförmigen Batteriegehäuse 1, welches mittels eines Bodenteiles 2 und eines Deckelteiles 3 gasdicht abgeschlossen ist. Im Deckelteil 3 ist ein positiver Pol 5, ein negativer Pol 4 sowie ein Zündpol 6 durchgeführt, wobei eine vakuumdichte Abdichtung, beispielsweise mit Hilfe von Glas, vorgesehen ist. Die Akkumulatorenzellen bestehen aus Knopfzellen 7, die mit Hilfe von ringförmigen Abstandshaltern 8 gestapelt werden. Wie F i g. 2 zeigt, hat jeder Abstandshalter 8 im mittleren Bereich eine nach innen weisende Ringschulter 9, welche einerseits den etwas eingezogenen Deckelbereich der Knopfzelle einfaßt und andererseits eine Abstützung für den Randbereich des Gehäuseunterteils einer benachbarten Knopfzelle bildet. Die Abstandshalter 8 sind zweckmäßig an ihren Stoßflächen 10 miteinander verklebt bzw. verschweißt. Wie die F i g. 2 und 3 zeigen, ist je- ao der Abstandshalter 8 an seinem Außenmantel mit zwei Stegen 11 versehen, die zur Längsachse des Batteriegehäuses verlaufen. Im gestapelten Zustand liegen diese Stege 11 fluchtend zueinander und bilden zwischen sich einen Druckkanal 13, der nach außen hin durch eine Abdeckwand 12 begrenzt wird. Jeder Abstandshalter hat zwischen den Stegen 11 im Bereich der Ringschulter 9 einen Querkanal 14.

Den unteren Abschluß des· Stapels bildet eine Formplatte 15, die der Form der Abstandshalter angepaßt ist. Diese Formplatte 15 deckt den unteren Abstandshalter 8 ab und ist mit einer öffnung 16 zum Einführen eines positiven Anschlußkabels 17 versehen, welches an den positiven Pol im Deckelteil 3 des Batteriegehäuses 1 angeschlossen ist. Den oberen Abschluß des Stapels bildet ein Formkörper 18, der sich aus einem Unterteil 19 und einem Oberteil 20 zusammensetzt (vgl. Fig. 4). Dieser Formkörper 18 besitzt eine Druckkammer 21, in der ein pyrotechnischer Gaserzeuger 22 eingelagert ist. Am unteren Ende ist eine Isolierscheibe 23 vorgesehen. Durch das Oberteil 20 führt ein positives und ein negatives Zündkabel 24 bzw. 25. Das positive Zündkabel 24 ist an den positiven Pol 5 und das negative Zündkabel 25 an den Zündpol 6 im Deckelteil 3 angeschlossen. Das negative Anschlußkabel 26, welches an den negativen Pol 4 im· Deckelteil 3 angeschlossen ist, führt durch eine Querbohrung 27 im oberen Abstandshalter 8 (vgl. Fig. 1).

Die Abstandshalter 8 und die untere Formplatte 15 sind aus einem isolierenden Kunststoff material, beispielsweise Polyamid, hergestellt und lassen sich preiswert in Massen herstellen. Der Formkörper 18 hingegen, welcher die Druckkammer einschließt, besteht aus einem geeigneten metallischen Werkstoff.

Wie Fig.2 zeigt, besteht jede Knopfzelle aus einem napfförmigen Gehäuseunterteil 28. In dieses greift ein kappenförmiges Gehäuseoberteil 29 ein, welches mit Schlitzen 30 versehen ist. Die Schlitze 30 können die Form von Teilkreisen haben, oder es können auch entsprechende Perforationen vorgesehen sein. Zwischen beiden Gehäuseteilen ist eine Isolierung 31 vorgesehen, welche gleichzeitig das Zelleninnere abdichtet. Auf dem Boden des· Gehäuseunterteiles 28 ist die tablettenartige positive Elektrode 32 angebracht. Diese besteht aus einer vorgeladenen, trokkenen, positiven Elektrodenmasse, beispielsweise SiI-ber(I)-oxid oder Silber(II)-oxid, Silberchlorid, Kupferoxid, Kupferchlorid oder Bleisuperoxid. Am Gehäuseoberteil ist die negative Elektrode 34 angeordnet, die beispielsweise aus Zink, Blei oder Magnesium besteht. Zwischen der positiven Elektrode 32 und der negativen Elektrode 34 befinden sich mehrere Lagen eines Separators 33. Die Knopfzelle besteht vorzugsweise aus einer positiven Silberoxidelektrode und einer negativen Zinkelektrode. Über dem Gehäuseoberteil 30 ist ein Elektrolytbehälter 35 angeordnet. Er besteht aus einer kissenförmigen Kunststoffolie, in welcher der Elektrolyt 36 eingelagert ist. Der Elektrolyt 36 ist entsprechend den Elektroden auszuwählen; bei einer alkalischen Silberoxid-Zinkzelle besteht er beispielsweise aus einer wäßrigen KOH-Lösung. Der Elektrolytbehälter 35 ist von einem kap-, penförmigen Membrandeckel. 37 abgedeckt, dessen Rand mit dem Randteil des Gehäuseoberteiles 29 von der eingebördelten Wand des Gehäuseunterteils 28 gasdicht eingefaßt ist. Der Membrandeckel 37 ist vorzugsweise aus einem dünnen, flexiblen Metallblech, z. B. Kupfer, geformt.

Zum Zweck des Zusammenbaus der Batterie wird zunächst der Knopfzellenstapel hergestellt. Hierfür wird auf eine Formplatte 15, welche den Boden bildet, eine Knopfzelle aufgelegt, wobei an diese das durch die öffnung 16 durchgesteckte positive An* schlußkabel 17 angeschlossen wird. Darauf werden dann aufeinanderfolgend Abstandshalter 8 und unter Zwischenlage oder Anbringung von Kontaktelementen, z.B. Kontaktfedern, Knopfzellen7 gestapelt, wobei jeweils die Abstandshalter an ihren Stoßflächen 10 miteinander verklebt oder verschweißt werden. Bei der oberen Knopfzelle 7 wird ebenfalls das negative Anschlußkabel 26 angeschlossen und durch die Querbohrung 27 des oberen Abstandshalters 8 hindurchgeführt. Sodann wird der Formkörper 18 mit der Druckkammer 21 und dem Gaserzeuger 22 aufgesetzt. Der so gebildete Stapel wird dann in das Batteriegehäuse 1 eingesetzt und die Kabel an den vorgesehenen Polen des Deckelteils 3 befestigt, der dann auf dem Batteriegehäuse 1 aufgesetzt und durch Umbördelung befestigt wird.

Die Wirkungsweise der vorstehend beschriebenen Batterie ist folgende: ,

Sollen die Knopfzellen nach Lagerung der Batterie aktiviert werden, so ist es lediglich erforderlich, an den positiven Pol 5 und den Zündpol 6 eine Zündvorrichtung anzuschließen und den Gaserzeuger 22 zu zünden. Der Gasdruck wird über den Druckkanal 13 und die Querkanäle 14 zu jeder Knopfzelle 7 geführt, wo der flexible Membrandeckel 37 eingedrückt wird und dabei den Elektrolytbehälter 35 zerstört. Der Elektrolyt 36 fließt dann durch die Schlitze 30 des Gehäuseoberteils 29 in das Zelleninnere, wo er seine elektrochemische Aufgabe übernimmt.

Die Fig. 5 und 6 zeigen eine andere Ausführungsform eines Abstandshalters 8'. Dieser besteht aus zwei aus Kunststoff geformten Halbschalen, welche einen Stapel Knopfzellen quer zur Längsachse umfassen. Die beiden Halbschalen haben entsprechende Ausnehmungen zur Aufnahme je einer Hälfte eines Knopfzellenstapels und angeformte Stützschultenr 9', die den Ringschultern 9 der Ausführung nach F i g. 2 entsprechen. Außerdem besitzt jede Halbschale zur Bildung des Druckkanals 13' Schenkel 39 sowie Rillen zur Bildung der Querkanäle 14'. Nach dem Einlegen der Knopfzelle 7 unter Zwischenlage von Kontaktfedern werden die beiden Halbschalen aufeinan-

dergelegt und miteinander verklebt oder verschweißt. Bei dieser Ausführung ist jeder Haftschale zweckmäßig die Hälfte einer Bodenplatte 40 sowie eine in der Zeichnung nicht dargestellte obere Deckplatte zugeordnet. Desgleichen sind öffnungen für das obere und untere Anschlußkabel 17,26 vorgesehen.

Der Gegenstand der Erfindung ist nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern es sind zahlreiche Änderungen durchführbar, ohne daß der Rahmen der Erfindung überschritten wird. So besteht beispielsweise die Möglichkeit, eine Batterie aus mehr oder weniger Knopfzellen herzustellen, wobei entweder das Batteriegehäuse 1 kürzer oder langer gehalten ist oder bei einem größeren Batteriegehäuse ein Leerraum verbleibt. Im übrigen wird zweckmäßig der zwischen dem Batteriegehäuse 1 und den Ab-

standshaltern 8 sowie dem Formkörper 18 verbleibende Raum mit einer Vergußmasse gefüllt. Weiterhin besteht die Möglichkeit, an Stelle einer gasförmigen Druckerzeugung im Druckkanal 13 eine geeignete Flüssigkeit einzufüllen, welche einen auf ihn ausgeübten Druck zu jeder Knopfzelle 7 überträgt. Die Druckausübung kann entweder mit Hilfe eines Druckkolbens erfolgen, der mechanisch oder durch einen pyrotechnischen Gaserzeuger betätigt wird,

ίο oder es ist auch möglich, den Druck einer Gaspatrone unmittelbar auf die Flüssigkeit einwirken zu lassen. Auch kann eine mechanische Druckübertragung vorgesehen sein.
Weiterhin besteht die Möglichkeit, den Membrandeckel anders auszubilden oder hierfür einen anderen geeigneten Werkstoff zu wählen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

409613/423

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Batterie aus Akkumulatorenzellen mit vorgeladenen, trockenen Elektroden, die nach Lagerung durch Einfüllen eines Elektrolyten aktiviert werden, wobei jede Zelle mit einem eigenen, über einen Kanal mit einem zentralen Druckerzeuger in Verbindung stehenden Elektrolytbehälter versehen ist und bei Einwirkung des Druckmittels der Inhalt der Elektrolytbehälter in die zugehörige Zelle gedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem Membrandeckel (37) und einem darunter angeordneten Elektrolytbehälter (35) versehene gasdichte Knopfzellen (7) in Abstandshaltern (8) liegend in einem zylinderförmigen Batteriegehäuse (1) gestapelt sind und die Abstandshalter (8) mit einem Druckkanal (13) versehen sind, von dem zu jeder Knopfzelle ein Querkanal (14) führt und welcher an eine mit einem Druckerzeuger versehene Druckkammer (21) angeschlossen ist.

2. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter (8) ringförmig ausgebildet und mit einer nach innen weisenden Ringschulter (9) versehen sind, welche den aufgewölbten Membrandeckel (37) einer Knopfzelle (7) einfaßt und eine Abstützung für den Randbereich des Gehäuseunterteils (28) einer benachbarten Knopfzelle (7) bildet.

3. Batterie nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter (8) an ihren Stoßflächen (10) miteinander verklebt oder verschweißt sind.

4. Batterie nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des Druckkanals (13) die Abstandshalter (8) mit je zwei Stegen (11) versehen sind, welche mit einer Abdeckwand (12) abgedeckt sind, und daß der Querkanal (14) eines jeden Abstandshalters (8) in der Ringschulter (9) angeordnet ist.

5. Batterie nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Bodenteil (2) des Batteriegehäuses (1) eine Formplatte (IS) vorgesehen ist, welche unter Einfassung der unteren Knopfzelle (7) den unteren Abstandshalter (8) abdeckt und mit einer öffnung (16) 2um Einführen' des positiven Anschlußkabels (17) versehen ist.

6. Batterie nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß am oberen Abstandsring (8) eine Querbohrung (27) zum Einführen des negativen Anschlußkabels (26) vorgesehen ist.

7. Batterie, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter (8') aus zwei Halbschalen mit Ausnehmungen· zur Aufnahme je einer Hälfte eines Knopfzellenstapels bestehen, wobei halbringförmige Stützschultern (9') sowie zu den einzelnen Zellen führende Druckkanäle (13', 14') angeformt und beide Halbschalen an ihren Stoßflächen miteinander verklebt oder verschweißt sind.

8. Batterie nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß am oberen Abstandshalter (8,8') des Stapels ein zylindrischer Formkörper (18) mit einer Druckkammer (21) angeordnet ist, der über einen Querkanal (14) mit dem Druckkanal (13) in Verbindung steht.

9. Batterie nach Ansprüchen 1 bis 8, dadurch

gekennzeichnet, daß in der Druckkammer (21) ein pyrotechnischer Gaserzeuger (22) angeordnet ist, dessen Gasdruck unmittelbar auf den Druckkanal (13) oder über einen Druckkolben auf eine den Druckkanal füllende Flüssigkeit einwirkt.

10. Batterie nach Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die gasdichte Knopfzelle (7) mit einem kappenförmigen, Schlitze (31) oder Perforationen besitzenden Gehäuseoberteil (30) versehen ist, auf dem der Elektrolytbehälter (35) liegt, welcher von einem kappenförmigen Membrandeckel (37) überdeckt ist und aus einer bei Druckeinwirkung reißenden oder platzenden Folie aus Kunststoff besteht.

11. Batterie nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Membrandeckel (37) aus einem dünnen, flexiblen Metallblech geformt ist.

12. Batterie nach Ansprüchen 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Membrandeckel (37) und unter dem Gehauseunterteil (28) Kontaktelemente (38) angeordnet sind.