DE3111551A1

DE3111551A1 - Anschlussklemmenanordnung an einer batterieseitenwand und verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number: DE3111551A1
Application number: DE19813111551
Authority: DE
Inventors: Richard Thomas 55116 St. Paul Minn. Strait; Alby Henry 55419 Minneapolis Minn. Wolf
Original assignee: Gould Inc
Current assignee: Gould Inc
Priority date: 1980-03-26
Filing date: 1981-03-24
Publication date: 1982-03-18
Also published as: GB2072931A; BE888106A; MX152032A; US4317871A; GB2072931B; CA1154083A; IT8148093A0; FR2479571A1; FR2479571B1; IT1170840B; IN154456B

Description

?ΛΤΕ NTAN'VALTb

TlSCHER ■ KERN & BREHM

Albert-Rosshaupter-Strasse GS D 8000 München 70 Telefon fO39> 76G5520 Teies u5-212284patsd Telegramme Kernpatent München

GOULD INC₇ 24. März 1981

10 Gould Center,, GD-46

Rolling Meadows,, Illinois 60008_?
U. S. A.

Anschlußklemmenanordnung an einer Batterieseitenwand und Verfahren zu deren Herstellung

Beschreibung:

Diese Erfindung betrifft das Gebiet der elektrischen Zellen bzw. Batterien, insbesondere Akkumulatoren. Im einzelnen betrifft die Erfindung eine Anschlußklemmenanordnung an der Seitenwand solcher Batterien. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung der Anschlußklemmenanordnung.

Zur Zeit weisen einige Anschlußklemmen an einer Batterieseitenwand einen Klemmeneinsatz aus Blei auf, welcher in die

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aus Kunststoff bestehende Seitenwand des Batteriegehäuses eingeformt ist. Nach einem anderen Vorschlag weist ein, mit einer eingeformten Mutter aus rostfreiem Stahl versehener Klemmeneinsatz aus Blei einen Körperabschnitt auf, welcher sich durch eine Öffnung in der Batterieseitenwand hindurch in das Batterieinnere erstreckt, wobei ein zweiter Bleiring im Wärmeschmelzverfahren an dem Körperabschnitt befestigt ist. Nach jedem dieser Vorschläge dient die Einformung in das Kunststoffmaterial oder die Wärmeschmelzung dazu, eine bezüglich des Elektrolyten dichte Abdichtung für den Kxemmeneinsatz zu schaffen, bevor in einem nachfolgenden Arbeitsschritt dieser Einsatz an einem Klemmenband oder dgl. befestigt wird. Bei dieser Batterieseitenwand-Klemmenkonstruktion wird in einer abschließenden Stufe des Zusammenbaus das mit den Batterieplatten in Verbindung stehende Seitenwand-Anschlußband schließlich an den Klemmeneinsatz angeschweißt, um die Anschlußklemmenanordnung fertigzustellen.

Um den Zusammenbau einer Batterieseitenwand-Anschlußklemme zu automatisieren und die Zuverlässigkeit der elektrischen Verbindung zwischen dem Anschlußband-Ansatz und dem Klemmeneinsatz zu verbessern, erweist sich die Anwendung eines Widerstands-Schweißverfahrens als zweckmäßig. Besonders vorteilhaft ist es, eine Seitenwand-Anschlußklemmenanordnung vorzusehen, welche eine Einformung des Klemmeneinsatzes in die Behälterwand nicht erfordert, wobei vielmehr der Klemmeneinsatz benachbart zur Batterieseitenwand festgehalten wird, um den Einsatz durch An-

wendung eines Widerstandsschweißverfahrens am Seitenwand-Anschlußband anzubringen.

Davon ausgehend besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Batterieseitenwand-Anschlußklemmenanordnung bereitzustellen, deren Klemmenelement in die Seitenwand eingesetzt und dort festgehalten wird, ohne daß dies bei der Formung der Seitenwand, etwa im Spritzgußverfahren, erfolgen muß, vielmehr in einer einstufigen Widerstandsschweißungsoperation gleichzeitig die slektrolyt-dichte Abdichtung sowie die Anschweißung an das Anschlußband vorgenommen wird.

Nach ein^in weiteren Ziel der vorliegenden Erfindung soll eine solche Seitenwand-Änschlußklemmenanordnung bereitgestellt werden, zu deren Erzeugung das in die Seitenwand der Batterie eingesetzte Klemmenelement zuverlässig in einer solchen Position festgehalten ist, daß nachfolgend zuverlässig die Widerstandsschweißoperation erfolgen kann.

Weitere Aufgaben, Ziele, Besonderheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung. Nachstehend wird die Erfindung im einzelnen mit Bezugnahme auf die Figuren erläutert; es zeigt:

Fig. 1 in einer auseinandergesogenen Seitenansicht,

teilweise im Schnitt, eine Batterieseitenwand-Anschlußklercunenancränung, wobei der Ansatz des Anschlußbandes nicht sichtbar ist;

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Körper des Klemnenelementes in Richtung 2er Pfeile 2-2 gemäß Fig. I;

Fig. 3 in einer Seitenansicht, teilweise im Schnitt, die Seitenwand-Anschlußklemmenanordnung und zwei Widerstandsschweiß-Elektrodenelemente vor Durchführung der Widerstandsschweißung; und

Fig. 4 in einer Darstellung analog zu Fig. 3 die Anschlußklemmenanordnung nach Durchführung der Widerstandsschweißung und Entfernung der Elektrodenelemente.

Obwohl für die vorliegende Erfindung verschiedene Modifizierungen und alternative Ausführungsformen möglich sind, wird nachfolgend eine besondere Ausführungsform im Sinne eines Beispiels anhand der Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es ist jedoch festzuhalten, daß hierin keine Beschränkung der Erfindung auf diese besonder; Ausführungsform bestehen soll,

vielmehr mit der Erfindung alle solche Modifizierungen, äquivalente und alternative Ausführungsformen umfaßt sein sollen, deren Gegenstand von den Patentansprüchen und deren Äquivalenten abgedeckt ist.

Die Fig. 1 und 2 zeigen Teile der erfindungsgemäßen Batterieseitenwand-Anschlußklemmenanordnung 12 in einer auseinandergezogenen Darstellung bezüglich einer Seitenwand 11 der Batterie. Typischerweise sind zwei solche Anschlußklemmen an den gegenüberliegenden Enden einer langen Seitenwand der Batterie vorgesehen. Die Seitenwand 11 besteht aus einem relativ dünnen geformten Material, wie es für Batterie- bzw. Zellengehäuse geeignet ist, beispielsweise um ein Spritzgußteil.

Zu der Batterieanschlußklemmenanordnung 12 gehört ein metallischer Klemmeneinsatz 13, vorzugsweise aus Blei oder einem bleihaltigen Material. Dieser Klemmeneinsatz 13 ist mit einem Innengewinde 14 versehen und befindet sich nach dem Zusammenbau über das Anschlußklemmenband 16 (vgl. Fig. 3 und 4) in elektrisch leitendem Kontakt mit einer Zellenplatte 17 innerhalb des Zellengehäuses.

Der Klemmeneinsatz 13 weist einen außerhalb der Seitenwand verbleibenden Kopfabschnitt 18 auf, sowie einen Körperabschnitt 19, der in eine Öffnung 2o in der Seitenwand 11 paßt. Das Innengewinde 14 resultiert aus einer Mutter 22, die in den Kopfabschnitt 18 des Klemmeneinsatzes 13 eingesetzt ist, wobei

diese Mutter 22 oder dgl. aus einem härteren Metall besteht, als das relativ weiche Blei, aus welchem der Klemmeneinsatz 13 besteht. An der Seitenwand 11 sind einstückig eine Anzahl Rippen 23 angeformt, so daß zwischen diesen Rippen 23 der Arretierung dienende Kerben 24 gebildet werden. Eine entsprechende Anzahl Zapfen oder Nasen 26 befinden sich am Aussenumfang des Körperabschnittes 18 des Klemmeneinsatzes 13, welche in diese Kerben 24 passen. An der Batterieseitenwand ist einstückig ein ununterbrochener, nach außen abstehender Ring 27 angeformt, welcher den Kopfabschnitt 18 umgibt und eine Öffnung 21 begrenzt; die genannten Rippen 23 sind ebenfalls einstückig an diesen Ring 27 angeformt, um diesen Ring 27 zu versteifen. Nach dem Zusammenbau befindet sich der Kopfabschnitt 18 des Klemmeneinsatzes 13 zurückgesetzt innerhalb dieses Ringes 27 und wird von diesem abgeschirmt, während die Nasen 26 in die Kerben 24 eingreifen, um den Klemmeneinsatz 13 festzuhalten und dessen Rotation zu verhindern.

Um ein Auslaufen des Elektrolyten zu verhindern, begrenzen die Rippen 23 eine Stufe, in welche eine dünne, ringförmige Dichtung 28 eingelegt wird, welche an der ringförmigen Abdichtlippe 25 anliegt, so daß diese Dichtung 28 von dem Kopfabschnitt 18 des Klemmeneinsatzes 13 sandwichartig fest gegen die Lippe 25 gedrückt wird, um eine flüssigkeitsdichte Abdichtung rund um die Öffnung 21 zu erhalten. Soweit diese bislang

beschrieben ist, stimmt die Klemmenanschlußanordnung 12 im wesentlichen mit derjenigen überein, welche mit der US-Patentschrift 3 767 467 (Inhaber: GOÜLD INC.) offenbart ist.

Entsprechend dem Vorschlag der vorliegenden Erfindung wird zur Gewährleistung eines innigen Kontaktes des Klemmeneinsatzes 13 mit der Seitenwand 11 des Batteriebehälters für die nachfolgende Widerstandsschweißoperation ein Ring 29 aus elektrisch nicht-leitendem Material wie etwa Kunststoff auf den Körperabschnitt 19 des sich nach innen durch die Öffnung 21 hindurchstreckenden Klemmeneinsatzes 13 aufgesetzt. Der Innendurchmesser dieses Ringes 29 ist geringfügig kleiner als der Außendurchmesser des Körperabschnittes 19, und der letztere Körperabschnitt 19 verjüngt sich geringfügig, so daß, nachdem der Ring 29 völlig auf den Körperabschnitt 19 aufgedrückt ist, dieser Ring 29 den Klemmeneinsatz 13 für die nachfolgende Widerstandsschweißoperation festhält.

Um die Seitenwand-Anschlußklemmenanordnung fertigzustellen, wird, nachdem der Klemmeneinsatz 13 mittels des Ringes 29 an seinem Platz in der Wand 11 gehalten wird, das Seitenwand-Anschlußband 16 mittels Widerstandsschweißung an der nach innen vorstehenden Fläche 31 des Körperabschnittes 19 des Klemmeneinsatzes 13 angeschweißt. Um dies durchzuführen, werden zwei als Widerstandsschweißelektroden dienende Puffer 32 und 33 in die mit Fig. 3 dargestellte Stellung auf jeder

Seite der Anschlußklemmenbauteile gebracht;diese Elektrodenpuffer 32 und 33 werden daraufhin mechanisch aufeinander zu
bewegt, wobei der Puffer 32 am Kopfabschnitt 18 des Klemmeneinsatzes 13 anliegt, während die Elektrode 33 an der Innenfläche des Anschlußbandes 16 anliegt. Die nach innen weisende Fläche 31 des Körperabschnittes 19 des Klemmeneinsatzes 13
ist kegelförmig ausgebildet und verjüngt sich zum Mittelpunkt 34 hin. Wenn die Elektrodenpuffer 32, 33 aufeinander zu bewegt werden, dann wird die nach außen zeigende Fläche 36 des
Ansatzes 16 zuerst gegen die Spitze 34 an der konischen Fläche 31 des Klemmeneinsatzes 13 gedrückt. Nachdem von einer Stromquelle, welche starke Schweißströme zu liefern vermag, ein
elektrisches Potential an die beiden Elektroden 32 und 33 angelegt ist, wird die Spitze 34 des Kegels an der konischen
Fläche 31 zuerst schmelzen. Wenn der Ansatz 16 in Berührung
mit dem Ring 29 gebracht wird, wird die Fläche 36 des Ansatzes 16 an der Fläche 31 des Klemmeneinsatzes 13 angeschweißt, wie das in Fig. 4 dargestellt ist. Daraufhin wird der elektrische Strom abgeschaltet, und nach einer gewissen Abkühldauer werden die Elektroden mechanisch von dem Batteriebehälter entfernt.

Eine gewisse Menge Blei in der konischen Fläche 31 steht über diejenige Ebene hinaus, die von der Innenfläche 30 des Ringes 29 definiert ist. Zusätzlich besteht ein gewisser leerer Raum innerhalb des Ringes 29, so daß im Verlauf der Widerstandsschweißoperation das geschmolzene Blei aus dem nach außen abstehenden Abschnitt der konischen Fläche 31 zweckmäßigerweise von dem Ring 29 bei seiner Abkühlung festgehalten wird.

Bezüglich der Bereitstellung eines Sammelraumes für das während der Widerstandsschweißoperation auftretende geschmolzene Blei können auch Modifikationen vorgesehen werden, beispielsweise dahingehend, daß der Ring 29 an seiner Innenfläche 35 eine zur Aufnahme des Bleis bestimmte Nut aufweist. Entsprechend einer weiteren Modifizierung kann der Ring 29 in der Weise ausgebildet sein, daß ein O-Ring am Körperabschnitt 19 des Klemmeneinsatzes 13 angeordnet ist, welcher von einer abgeschrägten Kante am Ring 29 gegen die Wand 11 gedrückt wird, so daß beim Zusammenbau eine Dichtung zwischen dem Ring 29 und der Innenfläche der Behälterwand 11 resultiert. Sofern bereits auf diese Weise eine befriedigende, elektrolyt-dichte Abdichtung erhalten wird, kann die Dichtung 28 weggelassen werden.

Gemäß einer weiteren Alternative kann der Ring 29 aus einem biegsamen, nachgiebigen Gummi oder gummiähnlichem Material bestehen, damit dieser Ring selbst die elektrolyt-dichte Abdichtung bildet. In diesem Falle würde die Ebene der Innenfläche 30 des Ringes 29 in Richtung auf das Behälter innere zu noch über die Spitze 34 der konischen Flächen 31 vorstehen. Bei der Annäherung der Widerstandsschweißelektroden würde die nach außen zeigende Fläche 36 des Bandes 16 zuerst gegen den nachgiebigen Ring 29 gedrückt werden, welcher daraufhin zusammengedrückt wird, und erst dann käme es zum Kontakt des Bandes 16 mit der konischen Fläche 31. Wie auch bei den oben beschriebenen Ausführungsformen wird das schmelzende Blei vorteil-

hafterweise innerhalb des Ringes 29 festgehalten.

Wie dargelegt, wird mit der vorliegenden Erfindung eine Batterieseitenwand-Anschlußklemmenanordnung bereitgestellt, deren Klemmenelement in die Batterieseitenwand eingesetzt wird und dort eher festgehalten wird als (bei der Seitenwandherstellung) eingeformt wird, und daraufhin in einer einstufigen Widerstandsschweißoperation sowohl die Schweißverbindung mit dem Anschlußband wie die elektrolytdichte Abdichtung erzeugt werden. Weiterhin ist ersichtlich, daß gemäß dem erfindungsgemäßen Vorschlag das durch die Öffnung in der Seitenwand des Batteriebehälters hindurchragende Anschlußelement sich zuverlässig in der für die Widerstandsschweißoperation erforderlichen Stellung befindet.

Leerseite

Claims

PATENTANV"ALTE TISCHER ■ KERN & BREHM Albert-Rosshauptor-Strasso 65 D 8000 München 70 Telefon (089) 7605520 Telex 05-212284 patsd Telegramme Kernpatent München GOULD INC., 24. März 1981 10 Gould Center, GD-46 Rolling Meadows, Illinois 60008, U. S. A. Anschlußklemmenanordnung an einer Batterieseitenwand und Verfahren zu deren Herstellung Patentansprüche:

1. Eine durch eine relativ dünne Seitenwand einer Batterie hindurchragende Anschlußklemmenanordnung, gekennzeichnet durch

einen metallischen Klemmeneinsatz (13) mit einem außerhalb der Wand (11) befindlichen Kopfabschnitt (18) sowie mit einem sich in den von der Wand (11) umschlossenen Innenraum erstreckenden Körperabschnitt (19), welcher durch eine Öffnung (21)· in der Wand (11) bis in den Innenraum des Batteriebehälters ragt; und

ein elektrisch nicht-leitendes, mit einer Öffnung versehenes Element (29), welches den Körperabschnitt (19) des metallischen Klemmeneinsatzes (13) innerhalb der Wand (11) umgibt.

2. Anschlußklemmenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

der Körperabschnitt (19) des Klemmeneinsatzes (13) einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweist; und das nicht-leitende Element ein nicht-leitender Ring (29) ist.

3. Anschlußklemmenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

die Öffnung (21) in der Wand (11) von einem nach außen abstehenden Ring (27) umgeben ist, der einstückig an das Wandmaterial angeformt ist.

4. Anschlußklemmenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß

der Kopfabschnitt (18) des Klemmeneinsatzes (13) radial nach außen über den Körperabschnitt (19) und die Öffnung (21) in der Wand (11) vorsteht und eine ringförmige Schulter an der Außenseite der Wand (11) bildet; und

eine dünne ringförmige Dichtung (28) in dichtender Anordnung zwischen dieser ringförmigen Schulter und der Wand (11) vorhanden ist.

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5. Eine durch eine relativ dünne Seitenwand einer Batterie hindurchragende Anschlußklemmenanordnung, gekennzeichnet durch

einen metallischen Klemmeneinsatz (13) mit einem außerhalb der Wand (11) befindlichen Kopfabschnitt (18) und einem durch eine Öffnung (21) in der Wand (11) bis in den von dieser Wand (11) umschlossenen Innenraum hineinragenden Kcrperabschnitt (19);

ein elektrisch nicht-leitendes, mit einer Öffnung versehenes Element (29), das den Körperabschnitt (19) des metallischen Klemmeneinsatzes (13) innerhalb der Wand (11) umgibt; und ein metallisches Anschlußband (16), das mit den innerhalb der Batterie befindlichen Platten verbunden ist und das an den Körperabschnitt (19) des metallischen Klemmeneinsatzes (13) angeschweißt ist.

6. Anschlußklemmenanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß

der Körperabschnitt (19) des Klemmeneinsatzes (13) im wesentlichen ringförmigen Querschnitt aufweist; und das nicht-leitende Element ein nicht-leitender Ring (29) ist.

7. Anschlußklemmenanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß

die Öffnung (21) durch die Wand (11) von einem nach außen vorstehenden, ununterbrochenen Ring (27) umgeben ist, welcher einstückig mit dem Wandmaterial ausgebildet ist.

8. Anschlußklemmenanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß

der Kopfabschnitt (18) des Klemmeneinsatzes (13) radial nach außen über den Körperabschnitt (19) und die Öffnung (21) in der Wand (11) vorsteht und eine ringförmige Schulter an der Außenseite der Wand (21) bildet; und eine dünne ringförmige Dichtung (28) in abdichtender Anordnung zwischen dieser ringförmigen Schulter und der Wand (11) vorhanden ist.

9. Verfahren zur Erzeugung einer mit den Batterieplatten verbundenen Anschlußklemmenanordnung an einer Batterieseitenwand,

gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:

ein metallischer Klemmeneinsatz mit einem Kopfabschnitt und einem Körperabschnitt wird so angeordnet, daß sich der Kopfabschnitt außerhalb der Batteriewand befindet und der Körperabschnitt durch eine Öffnung in dieser Wand hindurchragt und sich bis in den von der Wand umschlossenen Innenraum erstreckt;

auf den innerhalb der Batteriewand befindlichen Körperabschnitt des Klemmeneinsatzes wird ein elektrisch nicht-leitendes, mit einer Öffnung versehenes Element aufgesetzt; und ein mit den Batterieplatten verbundenes Anschlußband wird mittels Widerstandsschweißung an den Körperabschnitt des Klemmeneinsatzes angeschweißt, welcher von dem elektrisch

nicht-leitenden, mit der Öffnung versehenen Element an seinem vorgesehenen Platz gehalten wird.

10. Verfahren zur Erzeugung einer mit den Batterieplatten verbundenen Batterieseitenwand-Anschlußklemmenanordnung, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:

ein, einen Kopfabschnitt und einen Körperabschnitt aufweisender metallischer Klemmeneinsatz wird so in die Öffnung der Batteriewand eingesetzt, daß sich der Kopfabschnitt außerhalb der Wand befindet und der Körperabschnitt durch diese Öffnung hindurchragt und sich bis in den von der Wand umschlossenen Innenraum erstreckt;

ein Plastikring wird auf den Körperabschnitt aufgesetzt, so daß dieser Ring den metallischen Klemmeneinsatz für den Zusammenbau festhält; und

mittels Widerstandsschweißung wird ein, mit den Batterieplatten in elektrisch leitendem Kontakt stehendes Anschlußband an dem Körperabschnitt des Klemmeneinsatzes angeschweißt, um eine dicht abgedichtete Anordnung zu erhalten.

11. Verfahren zur Erzeugung einer mit den Batterieplatten verbundenen Anschlußklemmenanordnung an einer Batterieseitenwand,

gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:

ein, einen Körperabschnitt aufweisender Klemmeneinsatz wird in die'Wand eingesetzt, so daß dieser Körperabschnitt durch

eine Öffnung in der Wand hindurchragt und sich bis in den von der Wand umschlossenen Innenraum erstreckt; auf den, eine bestimmt geformte Stirnfläche aufweisenden Körperabschnitt des Klemmeneinsatzes wird ein elektrisch nicht-leitendes, mit einer Öffnung versehenes Element rund um den Körperabschnitt aufgesetzt, so daß dieses Element den metallischen Klemmeneinsatz für die Zusammenbauoperation festhält;

die bestimmt geformte Stirnfläche des Körperabschnittes weist einen Abschnitt auf, welcher über das nicht-leitende, mit einer Öffnung versehene Element vorsteht, sowie einen weiteren Abschnitt, der gegenüber diesem Element zurückgesetzt ist; und

mittels Widerstandsschvzeißung wird ein in elektrischer Verbindung mit den Batterieplatten stehendes Anschlußband an den hervorstehenden Abschnitt des Klemmeneinsatzes angeschweißt, wobei geschmolzenes Metall von dem hervorstehenden Abschnitt des Klemmeneinsatzes von dem zurückgesetzten Bereich innerhalb des mit einer Öffnung versehenen Elementes festgehalten wird.

12. Verfahren zur Erzeugung einer mit den Batterieplatten verbundenen Anschlußklemmenanordnung an einer Batterieseitenwand,
gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:

ein, einen Körperabschnitt aufweisender Klemmeneinsatz wird in die Wand eingesetzt, so daß der Körperabschnitt durch eine

Öffnung in der Wand hindurchragt und sich bis in den von der Ward umgrenzten Innenraum erstreckt,; auf den, eine bestimmt geformte Stirnfläche aufweisenden '.örperabschnitt des Klemmeneinsatzes wird sin elektrisch nicht-leitendes, mit einer Öffnung versehenes Element aus biegsamem Material rund um den Körperabschnitt aufgesetzt, zo daß dieses Element den metallischen Kiemip.eneinsatz für die Zusammenbauoperation festhält;

die bestimmt geformte Stirnfläche des Körperabschnittes befindet sich im wesentlichen innerhalb des mit einer Öffnung versehenen Elementes aus biegsamem Material; und mittels Widerstandsschweißung wird ein in elektrisch leitender Verbindung mit den Batterieplatten stehendes Anschlußband an den Klemmeneinsatz angeschweißt, wobei das geschmolzene Metall aus dem Einsatz im wesentlichen von dem mit der öffnung versehenen Element festgehalten wird.