DE3103534C2 - Batteriegehäuse aus Kunststoff - Google Patents

Abstract

Ein als einstückiges Spritzteil hergestelltes Batteriegehäuse zur Aufnahme säulenförmig stapelbarer galvanischer Elemente, insbesondere Knopfzellen, wird von zwei zusammenklappbaren und über ein flexibles Filmscharnier miteinander verbundenen Halbschalen gebildet. Eine über die Außenwand einer Halbschale geführte Kontaktfeder ermöglicht die Reihenschaltung zweier parallel angeordneter Säulen, während weitere Kontaktelemente die erste und die letzte Zelle in der Gesamtbestückung mit dem Plus- bzw. Minuspol an den Stirnseiten des Batteriegehäuses verbinden. Die Halbschalen werden beim Zusammenklappen mittels eines selbsthemmenden Schnappverschlusses geschlossen, indem die Ver schluß elemente (14, 15, vgl. Figur) in die Verschlußöffnung (18) eingreifen und die Widerhaken (17) arretieren.

Description

Die Erfindung betrifft ein einstückig hergestelltes Batteriegehäuse aus Kunststoff mit zwei über ein flexibles Filmscharnier zusammenklappbaren Gehäusehälften zur Aufnahme von mehreren galvanischen Elementen und der zur Stromableitung erforderlichen Anschlußkontakte.

Kleine portable Geräte mit eigener Stromversorgung für die bekannt Anwendungsgebiete der Unterhaltungstechnik sowie Kameras. Diktiergeräte. Rechner erfordern mehrzellige Kompaktuatterien mit integrierten Kontaktelementen zur elektrischen Verbindung der eingesetzten Einzelzellen und aü^h der Kontaktanschlüsse zum Einsetzen der Batterie in das Gerät. Wesentlicher Gesichtspunkt bei der Herstellung moderner Mehrzellenbatterien kleinster Abmessungen ist die Verwendung formstabiler nichtleitender Kunststoffgehäuse kleinstmöglicher Wanddicke zur Unterbringung großer Primärzellennutzvolumen mit aktiven Elektrodenwerkstoffen und einer sich daraus ergebenden hohen Energiedichte.

Weiterhin wird eine rationelle Montage der Batterie unter Berücksichtigung einfacher funktionssicherer Fügeoperationen für das Einbringen der Einzelzellen, deren elektrische Reihenschaltung untereinander, der Montage der Batterieanschlußkontakte samt unlösbarem Gehäuseverschluß zur Vermeidung funktionsstörender Kontaktlockerungen gefordert. Unter Berücksichtigung internationaler Normen für die Abmessungen von Mehrzellenbatterien ist es zwecks raumsparender Anordnungen der einzelnen galvanischen Zellen, vorzugsweise von sogenannten Knopfzellen, erforderlieh, dieselben in ein oder mehreren prismatischen Stapeln anzuordnen.

Aus der DE-PS 21 33 656 ist eine Mehrzellenbatterie bekannt, welche aus einem zweiteiligen, elektrisch nichtleitenden Gehäuse besteht. In dem Gehäuse sind Aussparungen zur Aufnahme von miteinander in Reihe schaltbaren Primärelementen vorgesehen. Die Primärelemente sind schiefwinklig in bezug auf die Längsachse des Gehäuses und zueinander parallel angeordnet. Die beiden Gehäusehälften können von Anfang an als Einheit einschließlich eines Gelenks formgegossen sein. Um beim Schließen der Kassette ein genaues Aufeinanderpassen der Formhälften zu gewährleisten, ist die

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⁶⁰ abdeckende Formhälfte mit sich aus der Verbindungsebene vertikal erstreckenden Haltestiften versehen, welche in die Haltelöcher der anderen Halbschale passen. Zur Kontaktierung der Primärelemente sind diese teilweise mit Kontaktstreifen stoffschlüssig verbunden.

Als nachteilig erweist sich nach der beschriebenen Anordnung die verhältnismäßig aufwendige Montage durch Zentrierung mittels eigener Gehäusezapfen und Haltebohrungen. Das beide Formhälften miteinander verbindende Gelenk muß dabei innerhalb eines bestimmten Toleranzbereiches flexibel sein. Auch läßt die im Verhältnis zur Gehäuseachse schiefwinklige Anordnung der Primärelemente eine optimale Energiedichte nicht zu. Nach cer Montage müssen die beiden Formhälften mittels Schweiß- oder Klebeoperation miteinander unlösbar verbunden werden.

Das DE-Gbm 19 29 067 offenbart ein gerätespezifisches Stromversorgungsteil zur Aufnahme von Primär-Stabelementen, welches aus zwei separaten Kunststoffteilen besteht und mittels zusätzlicher Bauelemente, darunter einer Rastverschlußplatte, zu einem geschlossenen Batlerieaufnahmegehäuse montiert werden kann. Eine Austauschbarkeit zwischen verschiedenen Verbrauchergeräten ist nicht möglich.

Ein aus der GB-PS 13 41 582 bekanntes, als Battery Package bezeichnetes Batteriegehäuse ist formtechnisch an dem Korn..-pt einer Faltbox orientiert. Zu deren Schließung werden zuerst die Seitenwandteile zusammengeklappt und für die offengebliebenen Enden weitere Boden- und Deckeiteile bereitgehalten Die Anordnung der Stromableiter nur an dem einen Ende ist ohne Variationsmöglichkeit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gehäuse für eine Mehrzeilenbatterie nach dem eingangs umschriebenen Gattungsbegriff zu entwickeln, das auf einfache Weise mit galvanischen Zellen und deren Kontaktelementen zu bestücken und kostengünstig zu montieren ist.

Die Aufgabe wird erfind'.ingsgt.n^ß dadurch gelöst, daß die beiden Gehäuseschalen mehrere galvanische Elemente in wenigstens zwei Säuen gestapelt aufnehmen, daß auf der Rückseite der Halbschale eine Kontaktfeder mit in die Hohlräume ragenden Fahnen zur Reihenschaltung der Säulen angeordnet ist und daß die beiden Gehäuseschalen durch einen selbsthemmenden Schnappverschluß verschließbar sind.

Die zylindrischen Einzelzellen werden in einem oder mehreren Hohlräumen säulenförmig gestapelt. Die Biegeachse des elastischen Filmscharniers verläuft parallel zur Achse der säulenförmigen Zellenstapel. Für eine funktionssichere und kostengünstige Justierung und nach Beendigung der Zellenmontage unlösbare Verschließung des Batteriegehäuses enthalten die Gehäuseschalen am äußeren Rand im Bereich der Trennebene jeweils Elemente eines selbstarretierenden Schnappverschlusses.

Bei einer alternativen Ausführung sind die beiden Stirnseiten der mittels Filmscharnier in Längsachse verbundenen Gehäuseschalen als Elemente eines selbstarretierenden unlösbaren Schnappverschlusses ausgebildet.

Im folgenden ist der Gegenstand der Neuerung anhand der F i g. 1 bis 10 näher erläutert.

Fig. la zeigt die Vorder-lnnenansicht in das geöffnete montagebereite Batteriegehäuse der mit zwei Stapelsäulen versehenen Ausführung.

Fig. Ib zeigt im Schnitt A-B gemäß Fig. la das

geöffnete Gehäuse. In

F i g. 2 ist im Längsschnitt die Seitenansicht dargestellt.

F i g. 3 zeigt die Draufsicht des geöffneten Batteriegehäuses, ί

F i g. 4 zeigt die Rückansicht des Batteriegehäuses. In

F i g. 5 ist in perspektivischer Ansicht das noch unvollständig geschlossene Gehäuse mit Blick auf die angespritzten Verschlußwiderhaken und die sie aufnehmenden Deckelöffnungen dargestellt. ^1C)

F i g. 6 zeigt im Ausschnitt den im Eingriff befindlichen Widerhaken eines der beiden Verschlußelemente.

F i g. 7 zeigt die Vorder-Innenansicht in das geöffnete montagebereite Batteriegehäuse der mit nur einer Stapelsäule versehenen Ausführung. In ''

F i g. 8 ist die Seitenansicht dargestellt.

F i g. 9 zeigt die Draufsicht des geöffneten Batteriegehäuses. Anhand der

Fig. 10a und 10b ist der selbsthemmende Schnappverschluß dieser Zelle näher erläutert. ²"

Gemäß Fig. la besteht das Batteriegehäuse aus den Gehäuseschalen 2 und 3. welche über ein Scharnier 1 miteinander gelenkig verbunden sind. Die in einem Spritzvorgang hergestellten Formschalen 2, 3 bilden zusammen mit dem Filmscharnier 1 somit ein einziges ?' Plastikspritzteil. Die Gehäuseschale 2 enthält zwei nebeneinanderliegende Hohlräume, welche durch einen Zwischensteg 4 voneinander getrennt sind. Als Gegenstück zu diesem Zwischensteg enthält das Gehäuseteil 3 in der Mitte seiner Innenseite einen vom oberen Rand s" bis zum unteren Rand durchlaufenden Vorsprung 5.

Innerhalb der beiden Hohlräume werden die zylinderförmigen galvanischen Zellen 6 in Form einer säulenförmigen Stapelanordnung untergebracht. Zur Stromsbieitung ist die oberste Zelle im linken Hohlraum ^s · an ein Kontaktelement 9 angepreßt, welches durch einen Gehäuseschiit/ nach außen herausgeführt ist und hier beispielsweise den positiven Pol bildet. Zur Vereinfachung der Montage ist es möglich, das Kontaltelement 9 mit der obersten linken Zelle fest zu ⁴" verbinden. Die förmliche Gestaltung der Halbschalen mit den Zwiscnenstegen 4 und 5 gestattet die Montage der Primärzellen 6 in zwei parallel angeordnete Säulen in Reihenschaltung. Die beiden Stirnseiten 7 und 8 der Halbschale 2 nehmen den Pluskontakt 9 und den ^4> Minuskontakt 10 der Batterie auf. Die auf der Rückseite von Halbschale 2 angeordnete Kontaktfeder 11 mit den in die Hohlräume ragenden Fahnen 12 und 13 übernimmt die Reihenschaltung der parallel angeordneten Knopfzellen und stellt gleichzeitig den Kraftschluß '"' aufgrund der Federwirkung dar. Am Rand der rechten Halbschale 3 sind die Verschlußelemente 14 und 15 angeordnet, welche in die anhand der Fig. Ib erkennbaren Ausnehmungen 18 der linken Halbschale 2 eingreifen können. ■>·

An den den Konfaktelementen gegenüberliegenden Seiten können Distanzelemente angeordnet sein, um die Spannung dem jeweiligen Anwendungszweck anzupassen. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Distanzelemente mit dem Gehäuse fest verbunden; sie werden also zusammen mit dem Gehäuse in einem Spritzvorgang hergestellt. Zur Reihenschaltung dient die bereits oben beschriebene Kontaktfeder, welche beide Zellenstapel zusammenpreßt, sofern eine Serienschaluing aller Zellen erwünscht ist. Es ist jedoch auch ^b5 möglich, bei Bedarf eine Parallelschaltung beider Zellenstapel vorzunehmen.

Die untere Zelle im rechten Hohlraum ist mit einer Kontaktfeder 10 verbunden, welche ebenfalls wie die obere Kontaktfeder 9 durch das Gehäuse geführt ist und als Pol des Batteriegehäuses dient. Als galvanische Zellen werden vorzugsweise Knopfzeiien des Typs Alkali/Mangan eingesetzt. Dabei können mit 15 Zellen beispielsweise Spannungen von 22 bis 23 Volt erreicht werden. Eine exakte Anpassung an die erforderliche Spannung ist durch Vergrößerung bzw. Verkleinerung der Distanzelemente möglich.

In Fig. Ib ist die Innenansicht der Stirnseite 7 mit dem positiven Kontakt 9 und der Fahne 12 der Kontaktfeder 11 dargestellt, weiche zum negativen Pol 10 führt. Im Schnitt ist einer der beiden Befestigungszapfen 16 zur Befestigung der Kontaktfeder 11 sowie die stegförmigen Ausformungen 4 und 5 der Halbschalen 2 und 3 erkennbar. Weiterhin ist eines der beiden Verschlußelemente 14/15 mit den angeformten Widerhaken 17 und eine der beiden Verschlußöffnungen 18 dargestellt.

Der obere und untere Rand des Gehäuseteils 3 ist verstärkt und stellt somit nach dem Schließvorgang einen Teil des Gehäusedeckels bzv Gehäusebodens dar. Am linken seitlichen Rand ist Gen: aseteii 2 mit Ausnehmungen 18 versehen, in welche beim Zuklappen die am Seitenrand des anderen Gehäuseteils 2 angebrachten Widerhaken 14, 15 im Bereich der Trenneh-ne unverrückbar einrasten. Dieser Schnappverschluß dient gleichzeitig zur Justierung der Einzelzellen beim Zusammenklappen der beiden Gehäuseteile. Durch Einrasten sind die Gehäuseteile fest genug verbunden, so daß weder Klebe- noch thermische Schweißverfahren erforderlich sind.

Nach Fig. la sind in den beiden Hohlräumen beispielsweise 14 Zellen untergebracht. Dies ergibt eine Entladespannung von 21 Volt. Durch Einsatz von Distanzelementen zwischen den Zellen und einer Stirnseite des Gehäuses können die Batteriespannungen dem jeweiligen Verwendungszweck angepaßt werden. Es ist auch möglich, während des Fertigungsprozesses durch Veränderung der Kerne im Spritzwei kzeu£ die Höhe der Distanzelemente dem jeweiligen Verwendungszweck anzupassen.

In rig. 2 ist der Längsschnitt durch das in Fig. la dargestellte aufgeklappte Gehäuse dargestellt. Hier sind die beiden Durchbrüche 19, 20 erkennbar, die zur Durchführung der Endkontakte 12,13 dienen. Weiterhin sind die Verschlußelemente 14 und 15 zu erkennen.

F i g. 3 zeigt in einer Draufsicht den Batteriekontakt 9 auf der Gehäusehälfte 2 sowie das flexible Scharnier 1 und die Gehäusehälfte 3.

In Fig.4 ist die Rückansicht des aufgeklappten Gehäuses dargestellt. Hier sind die Durchführungsöffnungen 19,20 erkennbar, durch welche die Endkontakte 12, 13 der auf der Rückseite des Gehäuses befestigten Koitai.iieder 11 angebracht sind. Zur Befestigung dienen die beiden Zapfen 16.

F i g. 5 stellt das Baiteriegehäuse unmittelbar vor dem Verschließen dar. Die Verschlußelemente 14, 15 sind so ausgebildet, daß iie in die Verschlußöffnungen 18 eingreifen und die Widerhaken 17 arretieren. Innerhalb der Hohlräume sind die Zellen 6 erkennbar. Die oberste Zelle 6 im rechten Hohlraum ist mit dem Kontaktelement 9 fest verbunden. Zur Vereinfachung der Montage ist es möglich, die einzelnen Zellen mit konzentrischen Hohlzylindern zu versehen, welche auf den Endpol der jeweils benachbarten Zelle aufgesteckt werden können. Alle Zellen bilden dann einen durchgehenden, mecnanisch und elektrisch verbundenen, säulenförmieen

Zcllcnstiipcl.

Fig. 6 zeigt im Querschnitt die Positionierung tier Widerhaken 17 im geschlossenen Batteriegehause mit den beiden an Halbschale 3 angeformten Verschlußelementen und die im Eingriff befindlichen Verschlußele- · mente 14, 15 in Halbschale 2.

In Fig. 7 ist ein zweiteiliges Batteriegehause mit einem einzigen Hohlraum dargestellt, welches die säulenförmig gestapelten Zellen 6 enthält. Die an den beiden Stirnflächen anliegenden Zellen sind jeweils mit '" Kontaktstreifen 9 und 10 verbunden, welche die Endpole der Batterie bilden.

Fig. 8 zeigt eine Seitenansicht des bereits mit den Zellen 6 bestückten Batterieteils 2. Die in diesem Beispiel dargestellte Batterie enthalt zehn primäre > > alkalische Knopfzellen, welche eine Entladespannung von ca. 15 Volt ergeben. Zur Stromabnahme dienen die Endpole 9 und 10. Ihre Ausführung entspricht den anhand der Fig. la und Ib beschriebenen Anordnungen. -^:;

In Fig. 9 ist ein seitlicher Querschnitt des zu den Fig. 7 und 8 beschriebenen Batteriegehäuses dargestellt. Die beiden Gehäusehälften 2, 3 sind durch das flexible Filmscharnier 1 miteinander verbunden. Nach Bestückung mit den Zellen 6 wird die Gehäusehälfte 3 '"> auf die Gehäusehälfte 2 geklappt und anschließend durch selbsthemmende Verschlußelemente verriegelt.

Zur Verriegelung dienen gemäß dem Querschnitt in Fig. 10a die in Fig. 10b dargestellten Verschlußelemente 21 und 22. Diese Verschlußelemente sind mit )" Widerhaken 23 versehen, welche einen selbsthemmenden Schließvorgang ermöglichen, so daß das Batteriegehause nach der Montage nicht mehr ohne Gewaltanwendung zu öffnen ist.

Die beschriebenen Ausführungsformen verbinden die Vorteile raumsparender dünnster Gehausewandungen. wie sie sonst nur mittels extrudierter Schlauchausführungen möglich sind, mit der maßhaltigen, formstabilen und montagefreundlichen Bauteilegestaltung von thermoplastischen Spritzgußteilen, bei gleichzeitiger unlösbarer Fügeverbindung des Batteriegehäuses ohne zusätzliche Klebe-, Schweiß- oder andere thermische Fügeverfahren.

Die Batteriegehause sind üblicherweise aus Polypropylen. Polyamid oder anderen Thermoplasten mit ausreichender Beständigkeit hergestellt.

Die verkaufsfertige Ausstattung der Mehrzellenbatterie kann bedarfsweise entweder mittels bekannter Druckverfahren. /. B. Siebdruck, direkt auf die Außenseiten der beiden Gehäuseschalen gedruckt werden. Die Aufbringung mehrfarbiger Drucke kann aber auch mittels Etiketten, z. B. Selbstklebeetiketten. die als öäi'luci'Oic üuci* iViiitciä iTichrCTOr t-üSCimitiC ίΐίίι uiC Gehäuseschalen aufgebracht werden, erfolgen.

Bedarfsweise kann die fertig montierte Batterie auch mittels eines ein- oder mehrfarbig bedruckten Kunststoffschlauchs überzogen und geschrumpft werden. Auch die Kombination mit zusätzlich bedruckten Metallumhüllungen, die an beiden Enden gebördelt werden, ist möglich, jedoch aus preislichen Gründen bei der vorgeschlagenen Kunststoffgehäuseausführung mit der unlc itarcn Fügeverbindung nicht notwendig.

Vorzugsweise werden primäre galvanische Knopfzellen vom Typ Silberoxid eingesetzt. Es ist jedoch möglich, auch andere Zellen, z. B. Quecksilberoxid- oder wiederaufladbare Zellen vorzusehen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Einstückig hergestelltes Batteriegehäuse aus Kunststoff mit zwei über ein flexibles Filmscharnier zusammenklappbaren Gehäusehälften zur Aufnah- ' me von mehreren galvanischen Elementen und der zur Stromableitung erforderlichen Anschlußkontakte, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Gehäuseschalen (2, 3) mehrere galvanische Elemente in wenigstens zwei Säulen gestapelt te aufnehmen, daß auf der Rückseite der Halbschale (2) eine Kontaktfeder (11) mit in die Hohlräume ragenden Fahnen (12, 13) zur Reihenschaltung der Säulen angeordnet ist und daß die beiden Gehäuseschalen durch einen selbsthemmenden Schnappver- i' Schluß (14,15) verschließbar sind.

Z Batteriegehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Säulen jeweils an der Stirnseite mit einem nach außen führenden Kontakt (9,10) versehen sind. -^l