DE2554043C3 - Batteriepatrone - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Batteriepalrone i>o aus einem Gehäuse mit einer Reihe von Öffnungen, in weichem galvanische Zellen mit einer ersten und einer zweiten Polfläche, zwischen denen ein Spannungsiihterschied besteht, in der Nähe der öffnungen angeordnete Anschlußmittel und erste und zweite elektrisch leitende Verbindungen Zwischen den Polflächen und den entsprechenden AnsdhlußmiUeln vorgesehen sind, zum Einsetzen in ein mit Strom zu versorgendes Gerät, dessen elektrische Anschlüsse in ihrer räumlichen Anordnung derjenigen einer öffnung und wenigstens einer weiteren öffnung in dem Patronengehäuse entsprechen.

In vielen tragbaren und auch stationären elektrischen Geraten, wie beispielsweise Radios, Kameras, Taschenrechnern und Diktiergeräten, dienen eingesetzte Batterien als Quelle für die elektrische Energie. Wenn die Batterien verbraucht sind, müssen sie durch neue ersetzt werden. Wenn die Zellen, aus denen die Batterie besteht, einzeln eingesetzt werden, ist jede Zelle, die im Hinblick auf ihre Polarität nicht richtig eingesetzt ist, kurzgeschlossen und stellt für diejenigen Zellen, die in bezug auf ihre Polarität richtig miteinander verbunden sind, eine Last dar. Eine besondere Gefahr kann dann entstehen, wenn die Zelle beispielsweise eine Lithiumzelle ist, die in einer solchen Situation vollständig entladen werden würde und dann Energie aus den anderen Zellen ziehen würde, wobei durch die Entladung Gase entstehen und dadurch innerhalb der Zelle ein hoher Druck erzeugt werden könnte, der zu einer Explosion der Zelle führen könnte.

Um dieses Problem eines Einsatzes der Batterie mit richtiger Polarität zu lösen, sind derartige kleine Zellen nunmehr in Patronen oder Gehäusen in der richtigen Art und Weise vorgepackt, so daß die Batterie oder die Zellen als eine Einheit in das Gerät, in welchem sie benötigt werden, eingeführt werden können. Das Problem, daß die Batteriepatrone mit der richtigen Polarität eingeführt wird, bleibt jedoch. Den richtigen Einsat/ der Patrone kann man dadurch erreichen, daß man das Gehäuse des elektrischen Gerätes und die Batteriepatrone so ausbildet, daß die Patrone ausschließlich in einer Lage eingesetzt werden kann, beispielsweise indem man an der Patrone eine Feder und am Gehäuse eine entsprechende Nut vorsieht.

In vielen Fällen ist jedoch der für die Batteriepatrone vorgesehene Raum klein und inCj'gedessen müssen derartige Führungsrippen oder dergleichen an dem Gerät und an der Batteriepatrone ebenfalls klein gehalten werden. Darüber hinaus sind das Gerät und die Batteriepatrone in der Regel wegen des Gewichtes vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt, der Deformationen nicht ausreichend stark widerstehen würde, wenn eine Batteriepatrone mit Gewalt in der falschen Lage in das elektrische Gerät eingeführt wird, insbesondere dann, wenn der Einschub Toleranzen aufweist.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Batteriepalrone zu entwickeln, bei der sichergestellt ist, daß sie in richtiger Lage und in bezug auf den Schaltkreis des Gerätes in richtiger Polarität in ein elektrisches Gerät einschiebbar ist. ohne daß es dabei in irgendeiner Weise auf die Intelligenz oder die Sorgfalt des Benutzers ankommt.

Diese Aufgabe wird bei einer Batteriepatrone der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die erste Öffnung den gleichen Absland von jeder von zwei weiteren öffnungen diifweist. wobei die den weiteren öffnungen zugeordneten Anschlußmittel die gleiche Polarität untereinander und die entgegengesetzte Polarität gegenüber dem der ersten Öffnung zugeordneten Anschlußmittel besitzen. Auf diese Weise kann die Batteriepatrone ohne Rücksicht auf ihre Lage in das elektrische Gerät eingeführt werden, d. h„ es ist gleichgültig, ob die Patrone in der einen oder in der umgekehrten Lage eingeschoben wird.

Vorzugsweise sind die Anschlußmitlei noch innerhalb der äußeren Begrenzungslinien der Patrone angeordnet.

Es ist dann nur notwendig, in dem elektrischen Gerät einen geeigneten Aufnahmeraum für die Batteriepatrone vorzusehen, in welchem die Anschlüsse für den Schaltkreis des Gerätes als feste Anschlußelemente vorgesehen sind, und zwar in einer geeigneten ί Anordnung, so daß sie mit den Anschlußmitteln der Batterie in Eingriff gelangen, wenn diese in den Hohlraum des Gerätes eingesetzt wird.

Dieser Hohlraum in dem elektrischen Gerät nimmt die Batteriepatrone so auf, daß die eine Anschlußelek- w trode des Gerätes in der Zentrumsachse des Hohlraumes und in der Bewegungsrichtung der eingeschobenen Batteriepatrone Hegt, während die zweite Anschlußelektrode in einem vorbestimmten festen Abstand von der Zentrumsachse angeordnet ist, so daß zwei r> entsprechend positionierte Anschlußmittel der Batterie mit zwei Anschlußelektroden des Gerätes in Kontakt geraten.

In einem bevorzugten Ausführungsheispiel besitzt das auf der Mittellinie angeordnete Änschiußmittei der Jn Batteriepatrone negative Polarität. Das Anscnlußmittel der Batteriepatrone mit positiver Polarität bildet dann zwei Kontaktflächen, von denen jede auf einer Seite des zentralen negativen Anschlußmittels liegt, zu dem sie symmetrisch angeordnet sind. Ji

Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und werden nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben und erläutert.

F i g. 1 die Ansicht eines elektrischen Gerätes mit )<> einem Raum zur Aufnahme einer erfindungsgemäßen Battenepatrone, welche in zwei möglichen Einschublagen dargestellt ist. wie durch die Bodenmarkierung der Batteriepatrone angedeutet ist;

Fig. 2 eine Ansicnt der Einzelteile der Vorderseite r> der beiden Schalenhälften der erfindungsgemäßen Batteriepatrone mit den beiden Arschlußstreifen der Batterie:

F i g 2A-1 eine schematische Draufsicht auf die Zellen im Batteriegehäuse mit der Anordnung der Anschluß- ■»(> mittel und der elektrisch leitenden Verbindungen zwischen den Polflächen und den Anschlußmitteln:

Fig. 2A-2 eine perspektivische Ansicht, aus der Anordnung und Aufbau des Anschlußmittels und der elektrisch leitenden Verbindung der einen Polarität r> hervorgeht:

Fig. 2A-3 eine perspektivische Ansicht, aus der Anordnung und Aufbau des Anschlußmittels und der elektrisch leitenden Verbindung der anderen Polarität hervorgeht; ·"

F i g. 3 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Batteriepatrone, wenn das Gehäuse geschlossen und vollständig montiert ist:

F ι g. 4 eine perspektivische Ansicht eines Teiles des elektrischen Gerätes, in das die Batteriepatrone gemäß Fig. 3 einschiebbar ist;

Fig. 5 eine Draufsicht auf die untern .Schalenhälfte des Gehäuses der Battenepatrone und

Fig.6 eine inseitige Draufsicht auf die obere Schalcnhälfteder Batleriepatrone, Μ)

Wie aus Fig. I hervorgeht, besitzt eine von einem Gehäuse 10 umschlossene Batterie geeignete Abmessungen, um in eine Ausnehmung 12 in einem elektrischen Gerät 14, beispielsweise einem tragbaren Radio, einem Taschenrechner oder einer Kamera zu o5 passen.

Wenn das Gerät 14 wie üblich Schaltkreise enthält, die polaritätsabhängige Bauelemente oder Komponenten aufweisen, wie beispielsweise Transistoren, dann ^;st es wesentlich, daß die Batterie mit der richtigen Polarität in das Gerät eingeschoben wird.

Um dies sicherzustellen, sind zwei Batterieanschlüsse 10-1 und 10-2 einer Polarität symmetrisch auf entgegengesetzten Seiten eines zentralen Anschlusses 10-x von entgegengesetzter Polarität angeordnet und Anschlußstifte 14-1 und 14-2 des Gerätes 14 sind derart in der Ausnehmung 12 angeordnet, daß sie rnii dem Batterieanschluß 10-* und dem Batterieanschluß 10-1 oder 10-2 kontaktieren, was davon abhängt, ob das Batteriegehäuse 10 in der Lage A oder in der Lage B eingeschoben worden ist. Das Batteriegehäuse 10 und die Ausnehmung 12 sind natürlich so gestaltet, daß die Batteriepatrone in beiden Lagen eingeschoben werden kann. Das Batteriegehäuse 10 ist zusammen mit den darin befindlichen Zellen als Wegwerfartikel gestaltet. Es ist derJialb so billig wie möglich hergestellt, im allgemeinen aus Kunststoff, andrerseits aber stark genug, um ais Schutzbehälter für die Ze^i-en der Batterie zu wirken. Um dies zu erreichen besteht das Gehäuse 10 aus zwei flachen, im wesentlichen rechtwinkligen Schalenhälften 20 und 60.

Wie aus den Fig. 2 und 5 hervorgeht, weist die Bodenschale 20 verschiedene parallel verlaufende halbkreisförmige Rinnen 22 in ihrer Innenfläche auf. die die Zellen aufnehmen. Um eine geeignete Halterung und Druckfläche für die als Batterieairschlüsse dienenden Metallstreifen 32 und 34 zu erhalten, ist die Bodenschale 20 mit vertikal stehenden angeformten Teilstücken 24, 26 und 28 versehen, von denen das letztere aus einem langgestreckten Teilstück 28ß hinter den beiden Teilstücken 24 und 26 und einem Kopfstück 28/4 an dem vom Teilstück 24 entfernten Ende besteht.

Zwischen den Teilstücken 24 und 26 einerseits und 28ßandererseits ist eine Isolierwand 30 vorgesehen.

Der Metallstreifen 32, der als negativer Battrrieanschluß dient, ist mit einer Polfläche einer ersten Zelle 70-1 verbunden, während der zweite Metallstreifen 34. de. als positiver Batterieanschluß dient, mit einer Polfläche einer letzten Zelle 70-4 der Batterie verbunden ist.

Die Vorderseite des Deckels 60 weist zwei äußere Wandstücke 60F-1 und 60F-2 und zwei mittlere Wandstücke 60F-3 und 60F-4 auf. Diese vier Wandstükke bilden zwischen sich drei Fenster oder öffnungen 64, 66 und 68, die sich unmittelbar vor den Teilstücken 24 bzw. 26 bzw. 28/4 befinden und als Zugang zu den Anschlußstreifen 32 und 34 dienen.

Wie in F i g. 2A-2 dargestellt ist, weist der Anschlußstreifen 32 eine Kontpktfläche 32-1 auf, die an das Geh^Hjse der Zelle 70-1 angeschweißt ist, dann ein kurzes nach vorne gebogenes Teilstück 32-2, das um die vertikale Kante 23-1 des als Anschlag wirkenden Teilstückes 28 geführt ist, dann ein flaches Teilstück 32-3. das gegen die Vorderfläche des Anschlages 28 anliegt, dann ein kurzes Teilstück 32-4 reduzierter Höhe und ein kurzes, um die Isolierwand 30 gebogenes Teilstück 32-5 und schließlich ein Teilstück 32-6 entlang der Isolierwand 30 und eine Endfläche 32-7 die sich an dem Anschlag 26 abstützt und den negativen Batterieanschluß bildet. Die Teilstücke 32-4, 32-5 und 32-6 sind auf geringfügig weniger als die Hälfte der Höhe der anderen Teilstücke des Anschlußstreifens 32 herunlergeschnitten, weil die beiden Anschlußstreifen 32 und 34 sich in der Zone der Isolierwand 30 überkreuzen.

Wie in der Fig. 2A-3 dargestellt ist, ist der positive Metall- oder Anschlußstreifen 34 so geformt, daß er

direkt in die von den Teilstücken 24, 26 und 28 und der Isolierwand 30 gebildeten Aufnahmefäufne eingescliobon werden kann. Der Metallstreifen besitzt ein fest an ihm angeordnetes Endleilstück 34-7, welches an der Zentralelektrode der letzten oder Endzelle 70-4 mittels Punktschweißen befestigt ist. Der Metallstreifen 34, kurz auch Streifen 34 genannt, setzt sich dann mit wenigen Abkanlungen fort bis zu einem freien Endteilstück 34-1, welches an dem Teilstück 24 anliegt, Um eine Kontaktfläche oder einen Kontaktsteg, welche bzw. welcher mit einem äußeren elektrischen Anschluß verbunden werden kann, zu bilden. Der Streifen 34 besitzt auch einen zwischen den Endteilstücken 34-1 und 34-7 liegenden Teilabschnitt 34-5 (bzw. ein Teilstück 34-5), welcher am Kopfstück 28/4 zur Bildung einer zweiten Kontaktfläche für einen äußeren elektrischen Anschluß anliegt, zwischen den Teilstücken 34-1 und 34-5 besitzt der Streifen 34 ein nach hinten gebogenes Teilstück 34-2, dann ein Teilstück 34-3 zur Überbrükkung und wieder ein nach vorne abgebogenes Teilstück 34-4, um die beiden Kontaktstege oder Kontaktflächen 34-1 und 34-5 miteinander zu verbinden. Am letzteren schließt sich ein nach hinten gebogenes Teilstück 34-6 an und an dieses das Endteilstück 34-7. Das Teilstück 34-3 zur Überbrückung oder das Brückenelement 34-3 und das nach vorne gebogene Teilstück 34-4 sind hinterschnitten und besitzen somit eine verringerte Höhe, so daß sie suf der Oberkante der Isolierwand 30 aufliegen können, um nicht in Kontakt mit dem Streifen 32 zu kommen.

Die Zellen 70-1 bis 70-4 sind mittels durch Punktschweißen angeschweißter Streifen 74, 76, 78 in Reihe geschaltet, wobei letztere von den Streifen 32,34 durch das Teilstück 20 getrennt sind.

Die F i g. 3 zeigt eine perspektivische Darstellung des Batleriegehäuses 10 in zusammengebautem und geschlossenem Zustand, und die Anordnung der Fenster an der Vorderseite der Kontaktflächen 34-1, 34-5 und 32-7 für die positiven und negativen Anschlüsse, welche den Anschlüssen 10-1, 10-2 und 10-x der Fig. 1 entsprechen.

Es isi zu beachten, daß die beiden äußeren Anschiuö- oder Kontaktflächen 34-1 und 34-5, sich gegenüberliegend, jeweils im Abstand D von einer Axiallinie entfernt angeordnet sind und daher denselben Abstand von 'der zentralen negativen Anschluß- oder Kontaktfläche 32-7 besitzen. Dies gestattet, daß das Batteriegehäuse 10 in das zugehörige Gerät gemäß Stellung A oder Stellung B (Fig. 1) eingesetzt werden kann.

Die Fig.4 zeigt schematisch ein Gerät 14, bei welchem das Batteriegehäuse 10 benutzt werden soll, und stellt durch Verlängerungslinien zur F i g. 3 dar, wie das Batteriegehäuse der Fig.3 in die Ausnehmung 12 des Gerätes 14 eingesetzt werden muß, damit die negative Kontaktfläche 32-7 und eine positive Kontaktfläche 34-5, in der gezeigten Anordnung des Batteriegehäuses 10 mit den beiden Anschlüssen 14-1 und 14-2 des Gerätes 14 kontaktiert werden. Der Anschluß 14-1 ist mittig und der Anschluß 14-2 im Abstand Dangeordnet.

Wenn das Batteriegehäuse 10 aus der Stellung, wie sie in der F i g. 3 gezeigt ist, gekippt wird, dann wird die Kontaktfläche 32-7 mit dem negativen Anschluß 14-1, die positive Kontaktfläche 34-1 jedoch mit dem positiven Anschluß 14-2 in Kontakt kommen, wenn das Batteriegehäuse 10 ir. die Ausnehmung 12 eingesetzt wird.

Bei dieser Ausbildung des Batteriegehäuses 10 und der entsprechenden Ausgestaltung des Gerätes ist es

nicht erforderlich, irgendwelche Maßnahmen am Batteriegehäuse oder am Gerät zu treffen, mit denen festgelegt wird, wie das Batteriegehäuse 10 in das Gerät eingesetzt werden muß,

Auf diese Weise wird die Konstruktion des Batterie· gehiluses ebenso wie das Einsetzen des Battefiegehäuses 10 in das Gerät vereinfacht und man spart Zeit, insbesondere in solchen Fällen, bei denen ein schnelles Auswechseln oder ein schnelles Einsetzen gewünscht wird.

Die F i g. 5 zeigt eine Draufsicht auf die Bodenschale oder untere Schalenhälfte 20, welche vier Rinnen aufweist, die als Sitze zur Festlegung der Zellen dicht nebeneinander ohne Berührung dienen, wie im allgemeinen in der Fig. 2A-1 gezeigt. Diese Ansicht zeigt ebenfalls, daß die vorderen Flächen der Teilstücke 24 und 26 und des Kopfstückes 28/4 alle in einer Ebene Ιίρσρη iinH uprarlp innerhalb dps äiiRprpn ! Jmrissps Ηργ Frontwand 2OF des Batteriegehäuses 10 angeordnet sind, wenn das letztere geschlossen ist. Die F i g. 5 hilft auch dazu, darzustellen, wie die beiden Streifen 32 und 34 zwischen und an die Teilstücke 24, 2(i und 28 angepaßt sind. Die beiden Seitenwände 20'IV-I und 20W-2 und die hintere Wand 201V-3 besitzen schmale, nach innen vorspringende Schultern, welche als Sitze oder Anschläge zur Aufnahme von Führungsstreifen 61 entlang t'jr Kanten der Seiten- und Hinterwände der oberen Abdeckhalbschale 60 (Fig.6) dienen. Das Batteriegehäuse ist dann mechanisch geschlossen, wenn die beiden Halbschalen aufeinandergelegt sind, und die letzte Abdichtung erfolgt mittels Ultra-Schall-Schweißung, mit der die benachbarten Kanten der Wände verschweißt werden.

F i g. 6 zeigt die obere oder Abdeckhalbschale 60. mil Blick nach oben in die Schale. Dabei sind die drei Fenster 64, 66 und 68 in der vorderen Wand der Halbschale 60 und die herabhängenden Elemente 60F-I, 60F-3 und 60F-4 und 60F-2 zu sehen. Die beiden äußeren Elemente 60F-1 und 60F-2 sind mit Verstärkungsrippen 60F-/? zur Verstärkung der vorderen Endwand versehen, so daß sie dem Druck der federbelasteten Anschlüsse 14-1 und 14-2 des Oerates 14 widerstehen können. Die beiden herabhängenden Elemente 60F-3 und 60F-4 sind mit sich nach rückwärts erstreckenden Rippen 60F-/? 1 und 60F-A 2 versehen, die nicht nur als Verstärkungsrippen dienen, sondern sich such nach rückwärts hin zu den Elementen 30 bzw. 28 erstrecken, um den Vorteil einer Vorspannung dieser beiden Elemente 30 und 28 zu erhalten, der darin besteht, daß die beiden Schalen des Batteriegehäuses 10 als rr'ativ starre Einheit zusammengehalten werden, so daß die Vorderwand des Batteriegehäuses 10 ein Minimum an Spiel oder Verformung hat, wenn das Batteiiegehäuse Io in die Ausnehmung des Gerätes 14 hineingedrückt wird.

Um zu ermöglichen, daß das Gehäuse so klein wie möglich gemacht werden kann und um die Menge des für das Batteriegehäuse benötigten Plastifcmaterials klein zu halten, ist die obere Halbschale 60 ebenfalls mit Rinnen 62 zur Aufnahme der Zelle versehen.

Wenn die Zellen in die Bodenschale 20 eingelegt sind, werden die Metallstreifen 32 und 34, auch Klemmenstreifen genannt, so eingesetzt, wie es in den F i g. 2A-1, 2A-2 und 2A-3 dargestellt ist, wobei am vorderen Ende der Bodenschale die Zugänglichkeit zur Befestigung der Streifen an die beiden Endzeilen 70-1 und 70-4 mittels Punktschweißen gewährleistet ist Die vordere Wand 2OF der Bodenhalbschale ist weitgehend entlang ihrer

gesamten Länge offen, damit die beiden Endzeilen zugänglich bleiben. Auf diese Weise dient während der Herstellung und Fertigung die Bodenhalbschale als Träger für die Zellen und zur Halterung derselben in der richtigen Lage während des Punktschweißens,

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Batteriepatrone aus einem Gehäuse mit einer Reihe von öffnungen, in welchem galvanische Zellen mit einer ersten und einer zweiten Polfläche, zwischen denen ein Spannungsunterschied besteht, in der Nähe der Öffnungen angeordnete Anschlußmittel und erste und zweite elektrisch leitende Verbindungen zwischen den Polflächen und den entsprechenden Anschlußmitteln vorgesehen sind zum Einsetzen in ein mit Strom zu versorgendes Gerät, dessen elektrische Anschlüsse in ihrer räumlichen Anordnung derjenigen einer ersten Öffnung und wenigstens einer weiteren öffnung in dem Patronengehäuse entsprechen, dadurch gekennzeichnet, daß die erste öffnung (66) den gleichen Abstand von jeder von zwei weiteren Öffnungen »64, 68) aufweist, wobei die den weiteren öffnungen zugeordneten Anschfcßmittcl (34-:!,, 34-5} die gleiche Polarität untereinander und die emtgegengesetzte Polarität gegenüber dem der ersten Öffnung zugeordneten Anschlußmittel (32-7) besitzen.

2. Batteriepatrone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10) formbeständige Teilstücke (24, 26, 28) an der Innenwandung aufweist, die die Anschlußmittel und die elektrisch leitenden Verbindungen (32,34) gegen Verschiebungen sichern.

3. Batteriepatrone nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste öffnung (66) axial (mittig) und die beider weiteren Öffnungen (64, 68) symmetrisch auf entgegengesetzten Seiten der ersten öffnung angeordnet sind.

4. Batteriepatrone nach einem der Ansprache 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die PoIfI ichen der Zellen (70-1 bis 70-4) innerhalb des Gehäuses (10) weiter voneinander entfernt sind al· die Anschlußmiltel (32-7, 34-1, 34-5) und dall die elektrisch leitenden Verbindungen (32, 34) in dem Raum zwischen den Polflächen und den Anschlußmitteln angeordnet sind.

5. Batteriepatrone nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitenden Verbindungen (32, 34) elek ;risch isoliert übereinander geführt sind.

6. Batteriepatrone nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die erste als auch die zweite elektrisch leitende Verbindung (32, 34) :inen bandförmigen Streifen aufweist, von denen jeder ein Teilstück reduzierter Breite besitzt, wobei das Teilstück des einen Streifens dasjenige des anderen Streifens in der Nähe der ersten Öffnung (66) elektrisch isoliert überbrückt.