EP4440788A1 - Werkzeugmaschinen mit stromleiter, sowie energieversorgungsvorrichtung - Google Patents

Werkzeugmaschinen mit stromleiter, sowie energieversorgungsvorrichtung

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Publication number
EP4440788A1
EP4440788A1 EP22817617.8A EP22817617A EP4440788A1 EP 4440788 A1 EP4440788 A1 EP 4440788A1 EP 22817617 A EP22817617 A EP 22817617A EP 4440788 A1 EP4440788 A1 EP 4440788A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
machine tool
supply device
energy supply
current conductor
current
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP22817617.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Robert Stanger
Markus Hartmann
Stefan Herold
Jaouher BELTAIEF
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hilti AG
Original Assignee
Hilti AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from EP21211575.2A external-priority patent/EP4191722A1/de
Priority claimed from EP22150869.0A external-priority patent/EP4209307A1/de
Application filed by Hilti AG filed Critical Hilti AG
Publication of EP4440788A1 publication Critical patent/EP4440788A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25F—COMBINATION OR MULTI-PURPOSE TOOLS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; DETAILS OR COMPONENTS OF PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS NOT PARTICULARLY RELATED TO THE OPERATIONS PERFORMED AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B25F5/00—Details or components of portable power-driven tools not particularly related to the operations performed and not otherwise provided for
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/02—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of metals or alloys
    • H01B1/026—Alloys based on copper
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/247—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders specially adapted for portable devices, e.g. mobile phones, computers, hand tools or pacemakers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/30—Batteries in portable systems, e.g. mobile phone, laptop

Definitions

  • the present invention relates to a machine tool, the machine tool having at least one current conductor, with a circumference U of the at least one current conductor being greater than two and a half times the square root of the product of a cross-sectional area A of the at least one current conductor and the circle number n.
  • the at least one current conductor can comprise a row of individual current conductors, with the circumference U of the at least one current conductor corresponding to the outer circumference of the individual current conductors and with the cross-sectional area A of the at least one current conductor being able to be formed from the sum of the cross-sectional areas of the individual current conductors.
  • the machine tool can be connected to an energy supply device in order to be supplied with electrical energy.
  • the invention relates to an energy supply device for use in a machine tool according to the invention, i.e. for supplying a machine tool according to the invention with electrical energy.
  • So-called cordless machine tools such as cordless screwdrivers, drills, saws, grinders, or the like, can be connected to an energy supply device for energy supply.
  • the energy supply device can, for example, be in the form of a rechargeable battery (“rechargeable battery”) or include one.
  • Accumulators usually have a large number of energy storage cells, also called accumulator cells, with the help of which electrical energy can be absorbed, stored and released again. If the accumulator is connected to a machine tool, the electrical energy stored in the energy storage cells can be supplied to the consumers (eg a brushless electric motor) of the machine tool.
  • the accumulator For charging, ie filling the energy storage cells with electrical energy, the accumulator is connected to a charging device, such as a charging device, so that electrical energy can reach the energy storage cells.
  • a charging device such as a charging device
  • High electrical loads can occur during the transmission of electrical energy.
  • the electrical loads can vary depending on the energy and/or power requirements of the machine tool.
  • the invention is intended to provide a current conductor for a machine tool that withstands the high electrical loads and with which very large constant currents in a range of 50 amperes ( A), preferably more than 70 A or most preferably more than 100 A can be transmitted.
  • DE 10 2014 217 987 A1 discloses a battery pack for a machine tool, it being possible for the battery pack to be mechanically and/or electrically connected to the machine tool via an interface.
  • US 2020 0127 339 A1 describes a battery pack and an electrical apparatus that can be supplied with electrical energy via the battery pack. In the event of a contact failure, charging or discharging of the battery pack may be interrupted after an error signal is sent.
  • a machine tool with at least one current conductor is provided, with a circumference U of the at least one current conductor being greater than two and a half times the square root of the product of a cross-sectional area A of the at least one current conductor and the circuit number n.
  • the at least one current conductor is preferably located in an interior or The interior of the machine tool, which can preferably be surrounded by a housing and limited to the outside.
  • the at least one conductor is set up in particular to To connect components of the machine tool in an electrically conductive manner, so that currents can flow between the components of the machine tool.
  • These currents may preferably be constant currents and may range from 50 amps (A), preferably greater than 70 amps, and most preferably greater than 100 amps.
  • the invention can be used to provide a high-current machine tool, ie a machine tool which, due to its current conductors, is able to handle such high constant currents or withstand them without thermal overloads or other impairments occurring.
  • the invention can be used to specify a current conductor that is optimized in terms of heat dissipation or thermal properties, with the good thermal properties of the current conductor resulting in particular from the optimized ratio of line cross section to line circumference of the current conductor.
  • a circumference U of the at least one current conductor is greater than two and a half times the square root of the product of a cross-sectional area A of the at least one current conductor and the circle number n can mean, for example, those current conductors that have a non-circular cross-sectional area.
  • such current conductors with a non-circular cross-sectional area can be formed by busbars, which are arranged inside the machine tool and are designed to transmit electrical energy between the components of the machine tool.
  • the current conductor is used to connect components of the machine tool.
  • components of the machine tool such as the electronics, the motor and/or the interface to the energy supply device, can be connected to one another with the current conductor.
  • the fact that the current conductor is used in particular for the transmission of electrical energy within the machine tool is evident from FIGS. 2 and 3, for example.
  • the current conductor of the machine tool according to the invention is not a contact plate of the interface between the machine tool and the energy supply device, and the current conductor of the machine tool according to the invention does not represent a plug-in contact with which electrical energy can be transmitted from the energy supply device to the machine tool.
  • the current conductor of the machine tool according to the invention is in the interior of the machine tool and is set up there to transmit or conduct electrical energy between the components of the machine tool.
  • the machine tool according to the invention is a DC-operated machine tool.
  • the term “operated with direct current” is understood in the context of the invention to mean that a corresponding machine tool is preferably supplied with electrical energy—preferably direct current—via a battery or an accumulator.
  • the proposed machine tool can be operated independently of a power supply, which in particular facilitates the use of the machine tool on a construction site.
  • a wired connection of the machine tool to a power supply can be dispensed with.
  • Such currents can preferably be provided with an energy supply device according to the invention.
  • the proposed machine tool is thus optimally able to deal with such large currents and to distribute currents of the order of magnitude mentioned in the machine tool or to direct them to the individual components.
  • the machine tool includes at least one current conductor, the circumference of which U is greater than two and a half times the square root of the product of a cross-sectional area A of the at least one current conductor and the circuit number n.
  • the machine tool is connected to the energy supply device, current or electrical energy can be transmitted from the energy supply device to the machine tool.
  • the current or electrical energy preferably reaches the machine tool via an interface, the interface having female and/or male contact partners or contact plugs through which the current can flow.
  • the at least one current conductor in the machine tool is preferably set up to connect the interface between the machine tool and the energy supply device to other components within the machine tool. These additional components can be, for example, control and/or power electronics of the machine tool or its motor, which represents an electrical consumer in the context of the machine tool.
  • the machine tool has at least one current conductor, which has a circumference U that is greater than two and a half times the square root of the product of a cross-sectional area A of the at least one current conductor and the circle number n.
  • the machine tool can also have more than one such current conductor.
  • the components of the machine tool are each electrically connected to a current conductor.
  • more than one such Current conductors are arranged between the components of the machine tool in order to electrically conductively connect the components of the machine tool involved in each case.
  • two current conductors can be provided in each case in order to be arranged, for example, between the electronics, the motor and/or the interface of the machine tool.
  • the at least one conductor has a circumference U that is greater than two and a half times the square root of the product of a cross-sectional area A of the at least one conductor and the circle number n.
  • the circumference U of the at least one conductor can be expressed by the following relation:
  • the current conductor comprises copper or a copper alloy as the current-carrying material
  • the copper or copper-containing areas can be viewed in the sectional view as the cross-sectional area A of the current conductor. It is preferred within the meaning of the invention that the terms "cross-sectional area A" and "cross-section A” are used synonymously.
  • the circle number n (pi) is 3.1416 as a good approximation, the circle number pi and how to use it being known to a person skilled in the art.
  • the at least one conductor can be designed as a stranded wire, for example.
  • the current conductor can be single-core or multi-core, or it can also include insulation.
  • the insulation may include plastic or be formed from plastic. If the current conductor has a multi-core design, the current conductor can comprise a number of individual conductors.
  • the cross-sectional area A in the above relation, which characterizes the current conductor, is then preferably formed from the sum of the cross-sectional areas A_i of the individual conductors.
  • the individual conductor is preferably regarded as the smallest, inseparable individual unit or sub-unit of a current conductor.
  • the cross-sectional area A preferably corresponds to the cross-sectional area A of the one individual conductor that forms the single-wire current conductor.
  • the circumference U in the above relation which characterizes the current conductor, preferably corresponds to the enveloping circumference of the individual current conductors in the case of a current conductor that is formed from a number of individual conductors.
  • the enveloping perimeter can preferably be formed by connecting the outermost points of the bundle of individual conductors essentially directly, i.e. tangentially.
  • the enveloping circumference can be viewed in particular as the length of a line, with the line enclosing the surface of the current-carrying individual strands in a sectional view. Examples of the enveloping circumference of a multi-core current conductor are shown in FIG.
  • the enveloping circumference preferably corresponds to the circumference of the one individual conductor that forms the single-wire current conductor.
  • the cross-sectional area A of the current conductor can have an essentially circular basic shape.
  • the cross-sectional area A of the current conductor can also have any other conceivable geometric shape.
  • the cross-sectional area A of the current conductor can have a rectangular, square, elliptical, triangular, polygonal, diamond-shaped or trapezoidal base area, without being limited thereto. Different possibilities for designing the current conductor are shown in FIG.
  • the at least one current conductor has a current carrying capacity I, the current carrying capacity I of the at least one current conductor being greater as twenty-two times the expression A A 0.65, where A is the cross-sectional area of the at least one current conductor.
  • the relation I > 22 • A A 0.65 or I > 22 • A 0.65 applies in particular if the cross-sectional area of at least one conductor is in square millimeters (mm 2 ) and the ampacity I in amperes (A ) are specified.
  • the machine tool comprises at least one current conductor which has a current conductivity greater than twenty-two times the expression A A 0.65.
  • the cross-sectional area A of the at least one current conductor is in a range of 1.65 mm 2 and 10.25 mm 2 . Tests have shown that, above all, current conductors with cross-sectional areas in the range mentioned have particularly advantageous thermal properties.
  • the at least one current conductor can in particular have copper or be formed from copper.
  • the machine tool can be connected to an energy supply device in order to be supplied with electrical energy.
  • the energy supply device can also have a current conductor whose circumference U is greater than two and a half times the square root of the product of a cross-sectional area A of the at least one current conductor and the circle number n.
  • the energy supply device has at least one current conductor wherein the at least one current conductor has a current carrying capacity I that is greater than twenty-two times the expression A A 0.65, where A is the cross-sectional area of the at least one current conductor.
  • the energy supply device and the machine tool form a working system in which the energy supply device supplies the machine tool with electrical energy.
  • the machine tool can preferably have a current conductor with the properties mentioned, it being particularly preferred for the purposes of the invention for the current conductor to be present inside the machine tool and to connect the components of the machine tool to one another there.
  • the invention also relates to a work system that includes a machine tool and an energy supply device, with the machine tool in particular including at least one conductor with the properties mentioned.
  • the current conductor can preferably be a current conductor with a non-circular base area, such as a conductor rail, whose circumference U is greater than two and a half times the root of the product of a cross-sectional area A of the current conductor and the circle number n.
  • a system for supplying machine tools with electrical energy can advantageously be provided with the invention, the system comprising a machine tool and an energy supply device. With the system, high constant currents in a range of 50 A, preferably more than 70 A or most preferably more than 100 A can be transmitted from the energy supply device to the machine tool and distributed there to the components and consumers within the machine tool.
  • the machine tool and/or the energy supply device have current conductors whose circumference U is greater than two and a half times the square root of the product of a cross-sectional area A of the at least one current conductor and the number n 22 • A A 0.65 or I > 22 • A 0.65 fulfilled.
  • the energy supply device can preferably include at least one rechargeable battery (“accumulator”), the energy supply device being set up to supply the machine tool with electrical energy. Electrical energy is delivered from the energy supply device to the machine tool in particular in the connected state, in which the machine tool is connected to the energy supply device via an interface.
  • the interface or the connection partners involved "machine tool” and “energy supply device” can have female and male contact partners, with the female and male contact partners interlocking in the connected state in such a way that electrical current or electrical energy can flow via a contact area between the connection partners.
  • the energy supply device is preferably an energy supply device that is set up to deliver particularly high currents, in particular constant currents of more than 50 amperes, preferably more than 70 amperes and most preferably more than 100 amperes.
  • the energy supply device comprises at least one cell, the at least one cell having an internal resistance DCR_I of less than 10 milliohms (mOhm).
  • the internal resistance DCR_I of the at least one cell can be less than 8 milliohms and preferably less than 6 milliohms.
  • the internal resistance DCR_I is preferably measured according to the IEC61960 standard.
  • the internal resistance DCR_I represents in particular the resistance of a cell of the energy supply device, with any components or accessories of the cell making no contribution to the internal resistance DCR_I.
  • a low internal resistance DCRJ is of Advantage, since unwanted heat that has to be dissipated does not arise at all.
  • the internal resistance DCRJ is a DC resistance that can be measured inside a cell of the proposed power supply device.
  • the internal resistance DCRJ can also have intermediate values, such as 6.02 milliohms; 7.49 milliohms; 8.33 milliohms; 8.65 milliohms or 9.5 milliohms.
  • a power supply device which has particularly good thermal properties in the sense that it can be operated particularly well at low temperatures, with the cooling effort being surprising can be kept low.
  • an energy supply device with a cell internal resistance DCRJ of less than 10 milliohms is particularly well suited to supplying particularly powerful machine tools with electrical energy. Such energy supply devices can thus make a valuable contribution to enabling battery-operated machine tools to be used in areas of application which experts had previously assumed that these areas of application were not accessible to battery-operated machine tools.
  • a possibility can be created for supplying a battery or accumulator-operated machine tool with a power supply device according to the invention with a high output power over a long period of time without damaging the surrounding plastic components or the cell chemistry within the cells of the power supply device.
  • a ratio of a resistance of the at least one cell to a surface area A_Z of the at least one cell is less than 0.2 milliohms/cm 2 , preferably less than 0.1 milliohms/cm 2 and most preferred less than 0.05 milliohms/cm 2 .
  • the surface of the cell can be formed by the outer surface of the cylinder and the top and bottom of the cell.
  • a ratio of a resistance of the at least one cell to a volume V_Z of the at least one cell is less than 0.4 milliohms/cm 3 , preferably less than 0.3 milliohms/cm 3 and most preferably less than 0.2 milliohms/cm 3 .
  • the person skilled in the art knows the formulas for calculating the surface area or the volume of such a geometric body for customary geometric shapes such as cuboids, cubes, spheres or the like.
  • the term "resistance” denotes preferably the internal resistance DCRJ, which can preferably be measured according to the IEC61960 standard. This is preferably a DC resistor.
  • the at least one cell has a heating coefficient of less than 1.0 W/(Ah-A), preferably less than 0.75 W/(Ah-A) and particularly preferably less than 0 .5W/(Ah-A).
  • the at least one cell can be designed to essentially constantly deliver a current of greater than 1,000 amperes/liter.
  • the discharge current is specified in relation to the volume V_Z of the at least one cell, with the room unit of measurement "liter" (I) being used as the unit for the volume.
  • the cells according to the invention are thus capable of delivering a discharge current of essentially constantly greater than 1,000 A per liter of cell volume.
  • a cell with a volume of 1 liter is capable of delivering a substantially constant discharge current of greater than 1,000 A, with the at least one cell also having a heating coefficient of less than 1.0 W/(Ah ⁇ A) has.
  • the at least one cell of the proposed energy supply device can have a heating coefficient of less than 0.75 W/(Ah-A), preferably less than 0.5 W/(Ah-A).
  • the units of the heating coefficient are watts / (ampere-hours • amperes).
  • the heating coefficient can also have intermediate values, such as 0.56 W/(Ah-A); 0.723 W/(Ah-A) or 0.925 W/(Ah-A).
  • the invention advantageously makes it possible to provide an energy supply device with at least one cell, which has reduced heating and is therefore particularly well suited for supplying machine tools in which high power and high currents, preferably constant currents, are desired for operation.
  • an energy supply device for a machine tool can be provided with the invention, in which the heat that may arise during operation of the machine tool and when electrical energy is supplied to the machine tool can be dissipated in a particularly simple and uncomplicated manner. Tests have shown that with the invention not only existing heat can be dissipated better. Rather, the invention prevents heat from being generated or the amount of heat generated during operation of the machine tool can be significantly reduced with the invention.
  • an energy supply device can be provided which, above all, can optimally supply such machine tools with electrical energy that place high demands on power and discharge current.
  • a power supply Device for particularly powerful machine tool are provided, with which heavy drilling or demolition work is carried out, for example, on construction sites.
  • machine tool is to be understood as a typical piece of equipment that can be used on a construction site, for example a building construction site and/or a civil engineering construction site. It can be, without being limited to, rotary hammers, chisels, core drills, angle grinders or cut-off grinders, cutting devices or the like.
  • auxiliary devices such as those occasionally used on construction sites, such as lamps, radios, vacuum cleaners, measuring devices, construction robots, wheelbarrows, transport devices, feed devices or other auxiliary devices can be "machine tools" within the meaning of the invention.
  • the machine tool can in particular be a mobile machine tool, in which case the proposed energy supply device can also be used in particular in stationary machine tools, such as column-guided drills or circular saws.
  • stationary machine tools such as column-guided drills or circular saws.
  • hand-held power tools that are, in particular, rechargeable or battery-operated.
  • the at least one cell has a temperature-cooling half-life of less than 12 minutes, preferably less than 10 minutes, particularly preferably less than 8 minutes.
  • this preferably means that a temperature of the at least one cell is halved in less than 12, 10 or 8 minutes in the case of free convection.
  • the temperature-cooling half-life is preferably determined when the energy supply device is in an idle state, i.e. when the energy supply device is not in operation, i.e. when it is connected to a machine tool.
  • energy supply devices with temperature-cooling half-times of less than 8 minutes have proven to be particularly suitable for use in powerful machine tools.
  • the temperature-cooling half-time can also have a value of 8.5 minutes, 9 minutes 20 seconds or 11 minutes 47 seconds.
  • the heat generated during operation of the machine tool or when it is being charged remains within the at least one cell for only a short time.
  • the cell can be recharged particularly quickly and is quickly available for renewed use in the machine tool.
  • the thermal load on the component of the energy supply device or the machine tool can be significantly reduced with the proposed energy supply device.
  • the energy supply device can be protected and its service life can be extended.
  • the at least one cell is arranged in a battery pack of the energy supply device. A number of individual cells can preferably be combined in the battery pack and in this way optimally inserted into the energy supply device.
  • the energy supply device can have individual cell strings, which can include, for example, 5, 6 or 10 cells.
  • An energy supply device with, for example, three strings of five cells can include, for example, 15 individual cells.
  • the energy supply device has a capacity of at least 2.2 Ah, preferably at least 2.5 Ah. Tests have shown that the capacitance values mentioned are particularly well suited for the use of high-performance machine tools in the construction industry and correspond particularly well to the local requirements for the availability of electrical energy and the possible service life of the machine tool.
  • the at least one cell of the energy supply device is preferably set up to deliver a discharge current of at least 20 A over at least 10 s.
  • a cell of the energy supply device can be designed to provide a discharge current of at least 20 A, in particular at least 25 A, over at least 10 s.
  • the at least one cell of an energy supply device can be set up to provide a continuous current of at least 20 A, in particular of at least 25 A.
  • peak currents in particular brief peak currents
  • An energy supply device with powerful cooling is therefore particularly advantageous.
  • the at least one cell of the energy supply device can provide at least 50 A over 1 second.
  • the at least one cell of the energy supply device is set up to provide a discharge current of at least 50 A over at least 1 s.
  • Machine tools can often require high performance for a short period of time.
  • a power supply device whose cells are capable of delivering such a peak current and/or such a continuous current can therefore be particularly suitable for powerful machine tools such as those used on construction sites.
  • the at least one cell comprises an electrolyte, the electrolyte preferably being in a liquid state at room temperature.
  • the electrolyte may include, but is not limited to, lithium, sodium, and/or magnesium.
  • the electrolyte can be lithium-based. Alternatively or additionally, it can also be sodium-based.
  • the accumulator is magnesium-based.
  • the electrolyte-based energy supply device can have a nominal voltage of at least 10 V, preferably at least 18 V, in particular at least 28 V, for example 36 V. A nominal voltage in a range from 18 to 22 V, in particular in a range from 21 to 22 V, is very particularly preferred.
  • the at least one cell of the energy supply device can have a voltage of 3.6 V, for example, without being limited to this.
  • the energy supply device is charged, for example, at a charging rate of 1.5 C, preferably 2 C and most preferably 3 C.
  • a charging rate xC can be understood as the current intensity that is required to fully charge a discharged energy supply device in a fraction of an hour that corresponds to the numerical value x of the charging rate xC.
  • a charging rate of 3 C enables the battery to be fully charged within 20 minutes.
  • the at least cell of the energy supply device has a surface area A_Z and a volume V_Z, with a ratio A_Z/V_Z of surface area to volume being greater than six times, preferably eight times and particularly preferably ten times the reciprocal of the third root of volume.
  • the formulation that the surface area A_Z of the at least one cell is greater than, for example, eight times the third root of the square of the volume V_Z can preferably also be expressed by the formula _Z>8*(V_Z) A (2/3). In another notation, this relationship can be described by the fact that the ratio (A_Z)/(V_Z) of surface to volume is greater than eight times the reciprocal of the cube root of the volume.
  • values in the same basic unit must always be used. For example, if a value for the surface area in m 2 is substituted into the above formula, then a value in units for the volume is preferably substituted in m 3 . For example, if a value for surface area in units of cm 2 is substituted into the above formula, a value for volume is preferably substituted in units of cm 3 . If example- If a value for the surface area in the unit mm 2 is inserted into the above formula, a value in the unit mm 3 is preferably inserted for the volume.
  • Cell geometries which, for example, satisfy the relation of _Z>8*(V_Z) A (2/3) advantageously have a particularly favorable ratio between the outer surface of the cell, which is decisive for the cooling effect, and the cell volume.
  • the inventors have recognized that the ratio of surface area to volume of the at least one cell of the energy supply device has an important influence on the heat dissipation of the energy supply device.
  • the improved cooling capability of the proposed energy supply device can advantageously be achieved by increasing the cell surface area with the same volume and low internal resistance of the at least one cell. It is preferred within the meaning of the invention that a low cell temperature with a simultaneously high power output can preferably be made possible when the internal resistance of the cell is reduced.
  • a low cell temperature can be achieved by using cells in which the surface area A_Z of at least one cell within the energy supply device is greater than six times, preferably eight times and particularly preferably ten times the third root of the square of the volume V_Z of the at least one cell . In this way, in particular, the heat dissipation to the environment can be improved.
  • energy supply devices whose cells fulfill the stated relationship can be cooled significantly better than previously known energy supply devices with, for example, cylindrical cells.
  • the above relationship can be fulfilled, for example, in that the cells of the proposed energy supply device have a cylindrical basic shape, but additional surface-enlarging elements are arranged on their surface. This can be, for example, ribs, teeth or the like.
  • the cells of the proposed energy supply device can have an essentially cuboid or cubic basic shape.
  • the energy supply device comprises at least one energy storage cell, the energy supply device being set up to deliver a maximum constant current of greater than 50 amperes, preferably greater than 70 amperes, most preferably greater than 100 amperes.
  • the maximum constant current output is the amount of current that can be drawn from a cell or power supply without the cell or power supply reaching a temperature ceiling. Potential upper temperature limits may range from 60°C or 70°C, but are not limited thereto.
  • the unit of maximum constant current output is amperes.
  • values between 50 and 70 A should also be considered disclosed for the maximum constant current output, ie for example 51 ; 62.3; 54, 65.55 or 57.06 amps, etc.
  • values between 70 and 100 A should also be considered disclosed, for example 72; 83.3; 96, 78.55, 87.25 or 98.07 amps etc.
  • the energy supply device has a discharge C rate of greater than 80 • t A ( ⁇ 0.45), the letter “t” standing for the time in seconds.
  • the C rate advantageously enables the charging and discharging currents for energy supply devices to be quantified, the discharge C rate used here in particular enabling the quantification of the discharging currents from energy supply devices.
  • the C rate can be used to specify the maximum allowable charge and discharge currents.
  • These charging and discharging currents preferably depend on the nominal capacity of the energy supply device.
  • the unusually high discharge C rate of 80 • t A (-0.45) advantageously means that particularly high discharge currents can be achieved with the proposed energy supply device, which are required for the operation of powerful machine tools in the construction industry.
  • the discharge currents can be in a range of greater than 50 amperes, preferably greater than 70 amperes, or even more preferably greater than 100 amperes.
  • the cell has a cell temperature gradient of less than 10 Kelvin.
  • the cell temperature gradient is preferably a measure of temperature differences within the at least one cell of the proposed energy supply device, it being preferred for the purposes of the invention that the cell has a temperature distribution that is as uniform as possible, ie that a temperature in an inner region of the Cell deviates as little as possible from a temperature that is measured in the area of a lateral or outer surface of the cell.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of a preferred embodiment of the energy supply device
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view of a machine tool with a preferred embodiment of the energy supply device
  • FIG. 3 shows a schematic sectional view of a preferred embodiment of the machine tool
  • FIG. 5 examples of a current conductor to clarify the term “envelope circumference”
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of a preferred embodiment of the energy supply device 10.
  • the energy supply device 10 shown in FIG. In particular, the cells 9 are symbolized by the circles, while the strands are symbolized by the elongated rectangles surrounding the circles ("cells 9").
  • the machine tool 5 can be, for example, a cut-off grinder, which has a cut-off wheel as the tool 11.
  • the machine tool 5 can have a handle 12 which is designed, for example, as a rear handle.
  • the machine tool 5 can have a motor 6 , electronics 7 and/or an energy supply device 10 , it being possible for the motor 6 , the electronics 7 and/or the energy supply device 10 to be connected to one another via a current conductor 1 .
  • the machine tool 5 has a tool 11, wherein the tool 11 can be a drill, for example.
  • the machine tool 5 can be switched on or off using an operating element 13 .
  • the machine tool 5 can also be connected to an energy supply device 10 in order to draw electrical energy from the energy supply device 10 or to be supplied with electrical energy by the energy supply device 10 .
  • the machine tool 5 can have a motor 6 , electronics 7 and/or an interface 8 , the interface 8 being set up to connect the machine tool 5 to the energy supply device 10 .
  • a mechanical and an electrical connection can be established between the machine tool 5 and the energy supply device 10 with the aid of the interface 8 .
  • the components of the machine tool 5, ie the motor 6, the electronics 7 and the interface 8, can be connected to one another by the current conductor 1.
  • current conductors 1 can be provided between the motor 6 and the electronics 7 or between the electronics 7 and the interface 8 of the machine tool 5 .
  • the current conductors 1 are preferably set up so that electric currents can flow between the components 6 , 7 , 8 of the machine tool 5 . Consequently, the current conductors 1 establish an electrical connection between the components 6 , 7 , 8 of the machine tool 5 .
  • other components of the machine tool 5 can also be connected to one another using the current conductor 1 .
  • a direct electrical connection can also be provided by an electrical conductor 1 between the interface 8 and the motor 6 of the machine tool 5 .
  • subfigure 4a shows a single-wire conductor 1 with insulation 2.
  • the wording “single-wire” is to be understood as meaning that the current conductor 1 is formed solidly from a strand of metal, for example copper.
  • a current conductor 1 that includes a row of individual conductors 3 is shown in subfigure 4b).
  • the individual conductors 3 can be thin copper wires, for example, which are arranged inside an insulation 2 .
  • the individual conductors 3 can be twisted within the insulation 2, for example.
  • Current conductors 1, which include a plurality of individual conductors 3, can preferably be referred to as “multi-core” within the meaning of the invention.
  • the current conductor 1, which is installed in the machine tool 5, can also have a non-circular cross-sectional area, for example.
  • a current conductor 4 with a non-circular cross-sectional area is shown in partial figure 4c).
  • the current conductor 1 in sub-figures 4a) and 4b) has a substantially circular cross-sectional area.
  • FIG. 5 shows examples of a current conductor 1 to clarify the term “envelope circumference” 14 .
  • Partial figure 5a) shows a current conductor 1 with a cross-sectional area A that is essentially circular in a sectional view.
  • the current conductor 1 shown in sub-figure 5a) has nine individual conductors 3 which are surrounded by insulation 2.
  • FIG. 5 shows the envelope circumference 14, which surrounds the outer points of the bundle of individual conductors 3 like a taut envelope.
  • the enveloping perimeter 14 is preferably present between a shrink tube, which can be placed conceptually around the bundle of individual conductors 3, and an inside of the optional insulation 2.
  • the enveloping perimeter 14 preferably has a length or represents a length, this length being the Length of a connecting line of the outermost points of the bundle of individual conductors 3 corresponds.
  • Partial figure 5b) shows a current conductor 1 with a cross-sectional area A, the cross-sectional area A being essentially non-circular.
  • the current conductor 4 shown in sub-figure 5b) has, in particular, a rectangular cross-sectional area A in a sectional view.
  • the current conductor 4 shown in sub-figure 5b) has seven individual conductors 3, which are tion 2 are surrounded.
  • partial figure 5b) shows the enveloping circumference 14 which surrounds the bundle of individual conductors 3.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine, wobei die Werkzeugmaschine mindestens einen Stromleiter aufweist, wobei ein Umfang U des mindestens einen Stromleiters größer ist als das Zweieinhalbfache der Wurzel des Produkts aus einer Querschnittsfläche A des mindestens einen Stromleiters und der Kreiszahl π. Der mindestens eine Stromleiter kann eine Reihe von Einzel-Stromleitern umfassen, wobei der Umfang U des mindestens einen Stromleiters dem Hüllumfang der Einzel-Stromleiter entspricht und wobei die Querschnittsfläche A des mindestens einen Stromleiters aus der Summe der Querschnittsflächen der Einzel-Stromleiter bildbar ist. Die Werkzeugmaschine kann zur Versorgung mit elektrischer Energie mit einer Energieversorgungsvorrichtung verbunden werden. In einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung eine Energieversorgungsvorrichtung zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine, d.h. zur Versorgung einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine mit elektrischer Energie.

Description

WERKZEUGMASCHINEN MIT STROMLEITER, SOWIE ENERGIEVERSORGUNGSVORRICHTUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine, wobei die Werkzeugmaschine mindestens einen Stromleiter aufweist, wobei ein Umfang U des mindestens einen Stromleiters größer ist als das Zweieinhalbfache der Wurzel des Produkts aus einer Querschnittsfläche A des mindestens einen Stromleiters und der Kreiszahl n. Der mindestens eine Stromleiter kann eine Reihe von Einzel-Stromleitern umfassen, wobei der Umfang U des mindestens einen Stromleiters dem Hüllumfang der Einzel-Stromleiter entspricht und wobei die Querschnittsfläche A des mindestens einen Stromleiters aus der Summe der Querschnittsflächen der Einzel-Stromleiter bildbar ist. Die Werkzeugmaschine kann zur Versorgung mit elektrischer Energie mit einer Energieversorgungsvorrichtung verbunden werden. In einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung eine Energieversorgungsvorrichtung zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine, d.h. zur Versorgung einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine mit elektrischer Energie.
Hintergrund der Erfindung:
Sogenannte kabellose Werkzeugmaschinen, wie beispielsweise Akku-Schrauber, Bohrmaschinen, Sägen, Schleifgeräte, oder dergleichen, können zur Energieversorgung mit einer Energieversorgungsvorrichtung verbunden werden. Die Energieversorgungsvorrichtung kann beispielsweise als Akkumulator („Akku“) ausgebildet sein oder einen solchen umfassen. Akkumulatoren weisen üblicherweise eine Vielzahl an Energiespeicherzellen auf, auch Akku-Zellen genannt, mit deren Hilfe elektrische Energie aufgenommen, gespeichert und wieder abgegeben werden kann. Wenn der Akkumulator mit einer Werkzeugmaschine verbunden ist, kann die in den Energiespeicherzellen gespeicherte elektrische Energie an die Verbraucher (z.B. ein bürstenloser Elektromotor) der Werkzeugmaschine zugeführt werden. Zum Aufladen, d.h. Befüllen der Energiespeicherzellen mit elektrischer Energie, wird der Akkumulator mit einer Ladevorrichtung, wie einem Ladegerät, verbunden, sodass elektrische Energie zu den Energiespeicherzellen gelangen kann. Bei der Übertragung von elektrischer Energie können hohe elektrische Belastungen auftreten. Allerdings haben nicht alle Werkzeugmaschinen einen gleichen oder ähnlichen Leistungsbedarf, d.h. die elektrischen Belastungen können je nach Energie- und/oder Leistungsbedarf der Werkzeugmaschine variieren. Um diesen hohen, ggf. je nach Leistungsbedarf der Werkzeugmaschine abweichenden elektrischen Belastungen gerecht zu werden, soll mit der Erfindung ein Stromleiter für eine Werkzeugmaschine bereitgestellt werden, der den hohen elektrischen Belastungen standhält und mit dem auch sehr große Konstantströme in einem Bereich von 50 Ampere (A), bevorzugt mehr als 70 A bzw. am meisten bevorzugt mehr als 100 A übertragen werden können.
Beispielsweise offenbart die DE 10 2014 217 987 A1 einen Akkupack für eine Werkzeugmaschine, wobei der Akkupack über eine Schnittstelle mechanisch und/oder elektrisch mit der Werkzeugmaschine verbunden werden kann.
In der US 2020 0127 339 A1 werden ein Batteriepack, sowie ein elektrischer Apparat, der über den Batteriepack mit elektrischer Energie versorgt werden kann, beschrieben. Im Falle eines Kontaktversagens kann das Laden oder Entladen des Batteriepacks nach Versand eines Fehlersignals unterbrochen werden.
Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, besteht darin, die Mängel und Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und eine Werkzeugmaschine mit einem solchen Stromleiter bereitzustellen, der besonders hohen elektrischen Belastungen standhält. Darüber ist es ein Anliegen der Erfindung eine Energieversorgungsvorrichtung bereitzustellen, die mit der Werkzeugmaschine verbindbar ist und die dazu in der Lage ist, entsprechend große Konstantströme für die Werkzeugmaschine bereitzustellen.
Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen zu dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Beschreibung der Erfindung:
Erfindungsgemäß ist eine Werkzeugmaschine mit mindestens einem Stromleiter vorgesehen, wobei ein Umfang U des mindestens einen Stromleiters größer ist als das Zweieinhalbfache der Wurzel des Produkts aus einer Querschnittsfläche A des mindestens einen Stromleiters und der Kreiszahl n. Der mindestens eine Stromleiter liegt vorzugsweise in einem Inneren bzw. Innenraum der Werkzeugmaschine vor, der vorzugsweise von einem Gehäuse umgeben und nach außen begrenzt sein kann. Der mindestens eine Stromleiter ist insbesonders dazu eingerichtet, Komponenten der Werkzeugmaschine elektrisch leitend zu verbinden, so dass Ströme zwischen den Komponenten der Werkzeugmaschine fließen können. Diese Ströme können vorzugsweise Konstantströme sein und in einem Bereich von 50 Ampere (A), bevorzugt mehr als 70 A und am meisten bevorzugt mehr als 100 A liegen. Vorteilhafterweise kann mit der Erfindung eine hochstromfähige Werkzeugmaschine bereitgestellt werden, d.h. eine Werkzeugmaschine, die aufgrund ihrer Stromleiter dazu in der Lage ist, mit solchen hohen Konstantströmen gut umzugehen bzw. ihnen standzuhalten, ohne dass es zu thermischen Überlastungen oder anderen Beeinträchtigungen kommt. Insbesondere kann mit der Erfindung ein hinsichtlich der Wärmeabgabe bzw. den thermischen Eigenschaften optimierte Stromleiter angegeben werden, wobei sich die guten thermischen Eigenschaften des Stromleiters insbesondere aus dem optimierten Verhältnis von Leitungsquerschnitt zu Leitungsumfang des Stromleiters ergeben.
Mit der Formulierung, dass ein Umfang U des mindestens einen Stromleiters größer ist als das Zweieinhalbfache der Wurzel des Produkts aus einer Querschnittsfläche A des mindestens einen Stromleiters und der Kreiszahl n, können beispielsweise solche Stromleiter gemeint sein, die eine nicht-kreisförmige Querschnittsfläche aufweisen. Beispielsweise können solche Stromleiter mit einer nicht-kreisförmigen Querschnittsfläche von Stromschienen gebildet werden, die im Inneren der Werkzeugmaschine angeordnet sind und dazu eingerichtet sind, elektrische Energie zwischen den Komponenten der Werkzeugmaschine zu übertragen.
Es ist im Sinne der Erfindung ganz besonders bevorzugt, dass der Stromleiter zur Verbindung von Komponenten der Werkzeugmaschine verwendet wird. Insbesondere können mit dem Stromleiter Komponenten der Werkzeugmaschine, wie die Elektronik, der Motor und/oder die Schnittstelle zur Energieversorgungsvorrichtung, untereinander verbunden werden. Dass der Stromleiter insbesondere zur Übertragung von elektrischer Energie innerhalb der Werkzeugmaschine verwendet wird, geht beispielsweise aus den Figuren 2 und 3 hervor. Es handelt sich bei dem Stromleiter der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine insbesondere nicht um ein Kontaktblech der Schnittstelle zwischen der Werkzeugmaschine und der Energieversorgungsvorrichtung und der Stromleiter der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine stellt insbesondere auch keinen Steckkontakt dar, mit dem elektrische Energie von der Energieversorgungsvorrichtung an die Werkzeugmaschine übertragen werden kann. Vielmehr liegt der Stromleiter der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine im Inneren der Werkzeugmaschine vor und ist dort dazu eingerichtet, elektrische Energie zwischen den Komponenten der Werkzeugmaschine zu übertragen bzw. zu leiten. Es ist im Sinne der Erfindung ganz besonders bevorzugt, dass es sich bei der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine um eine gleichstrombetriebene Werkzeugmaschine handelt. Der Begriff „gleichstrombetrieben“ wird im Sinne der Erfindung so verstanden, dass eine entsprechende Werkzeugmaschine vorzugsweise über eine Batterie oder einen Akkumulator mit elektrischer Energie - vorzugsweise Gleichstrom - versorgt wird. Auf diese Weise kann die vorgeschlagene Werkzeugmaschine unabhängig von einem Stromnetz betrieben werden, was insbesondere die Verwendung der Werkzeugmaschine auf einer Baustelle erleichtert. Darüber hinaus kann mit Hilfe der Erfindung auf einen kabelgebundenen Anschluss der Werkzeugmaschine an ein Stromnetz verzichtet werden.
Vorzugsweise können solche Ströme mit einer erfindungsgemäßen Energieversorgungsvorrichtung bereitgestellt werden. Die vorgeschlagene Werkzeugmaschine ist somit optimal dazu in der Lage, mit solchen großen Strömen umzugehen und Ströme in der genannten Größenordnung in der Werkzeugmaschine zu verteilen bzw. an die einzelnen Komponenten zu leiten. Zur Verteilung bzw. Weiterleitung der Ströme umfasst die Werkzeugmaschine den mindestens einen Stromleiter, dessen Umfang U größer ist als das Zweieinhalbfache der Wurzel des Produkts aus einer Querschnittsfläche A des mindestens einen Stromleiters und der Kreiszahl n.
Wenn die Werkzeugmaschine mit der Energieversorgungsvorrichtung verbunden ist, kann Strom bzw. elektrische Energie von der Energieversorgungsvorrichtung an die Werkzeugmaschine übertragen werden. Vorzugsweise gelangt der Strom bzw. die elektrische Energie über eine Schnittstelle in die Werkzeugmaschine, wobei die Schnittstelle weibliche und/oder männliche Kontaktpartner bzw. Kontaktstecker aufweist, durch die der Strom fließen kann. Der mindestens eine Stromleiter in der Werkzeugmaschine ist vorzugsweise dazu eingerichtet, die Schnittstelle zwischen Werkzeugmaschine und Energieversorgungsvorrichtung mit anderen Komponenten innerhalb der Werkzeugmaschine zu verbinden. Bei diesen weiteren Komponenten kann es sich beispielsweise um eine Steuer- und/oder Leistungselektronik der Werkzeugmaschine handeln oder um ihren Motor, der im Kontext der Werkzeugmaschine einen elektrischen Verbraucher darstellt.
Die Werkzeugmaschine weist mindestens einen Stromleiter auf, der einen Umfang U hat, der größer ist als das Zweieinhalbfache der Wurzel des Produkts aus einer Querschnittsfläche A des mindestens einen Stromleiters und der Kreiszahl n. Selbstverständlich kann die Werkzeugmaschine auch mehr als einen solchen Stromleiter aufweisen. Es kann im Sinne der Erfindung bevorzugt sein, dass die Komponenten der Werkzeugmaschine mit je einem Stromleiter elektrische verbunden sind. Es kann aber ebenso gut bevorzugt sein, dass mehr als ein solcher Stromleiter zwischen den Komponenten der Werkzeugmaschine angeordnet vorliegt, um die jeweils beteiligten Komponenten der Werkzeugmaschine elektrisch leitend miteinander zu verbinden. Beispielsweise können jeweils zwei Stromleiter vorgesehen sein, um beispielsweise zwischen der Elektronik, dem Motor und/oder der Schnittstelle der Werkzeugmaschine angeordnet zu sein.
Der mindestens eine Stromleiter weist einen Umfang U auf, der größer ist als das Zweieinhalbfache der Wurzel des Produkts aus einer Querschnittsfläche A des mindestens einen Stromleiters und der Kreiszahl n. Insbesondere kann der Umfang U des mindestens einen Stromleiters durch folgende Relation ausgedrückt werden:
U > 2,5 • /(A • 7c), wobei der Buchstabe «A» für die Querschnittsfläche bzw. den Querschnitt des Stromleiters steht. Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass zur Querschnittsfläche des Stromleiters nur die stromführenden bzw. stromleitenden Bereiche berücksichtigt werden und etwaige Isolierungen unberücksichtigt bleiben. Mit anderen Worten werden bei der Ermittlung der Querschnittsfläche des Stromleiters in einer Schnittdarstellung lediglich die stromführenden Bereiche und Flächen berücksichtigt, vorzugsweise eventuell vorhandene Isolierungsbereiche oder Isolierungsflächen aber nicht. Wenn der Stromleiter als stromführendes Material Kupfer oder eine Kupferlegierung umfasst, können die Kupfer- oder kupferhaltigen Bereiche in der Schnittdarstellung als Querschnittsfläche A des Stromleiters betrachtet werden. Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die Begriffe «Querschnittsfläche A» und «Querschnitt A» synonym verwendet werden. Die Kreiszahl n (pi) lautet in guter Näherung 3,1416, wobei die Kreiszahl pi und der Umgang mit ihr dem Fachmann bekannt ist.
Die Erfinder haben erkannt, dass Stromleiter, die die genannte Relation erfüllen, besonders gut geeignet sind, in Werkzeugmaschine zur Leitung von Strömen bzw. elektrischer Energie eingesetzt zu werden. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass solche Stromleiter den hohen Strömen, die von einer vorgeschlagenen Energieversorgungsvorrichtung bereitgestellt werden können, besonders gut standhalten, ohne dass es zu thermischen Beeinträchtigungen am Stromleiter oder seiner Isolierung kommt. Mit der Erfindung können Stromleiter bereitgestellt werden, die ein besonders günstiges Verhältnis von Umfang U zu Querschnittsfläche A aufweisen. Dadurch kann die Wärmeabgabe des Stromleiter an seine Umgebung im Vergleich zu konventionellen Stromleitern, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, deutlich verbessert werden, so dass unerwünschte Wärme besonders gut aus dem Bereich des Stromleiters abgeführt werden kann. Mithin kann mit der Erfindung eine Werkzeugmaschine mit erheblich verbes- serter Stromtragfähigkeit bereitgestellt werden, die aufgrund der verbesserten Wärmeabgabe ihrer Stromleiter besonders resistent gegenüber thermischen Überlastungen ist.
Der mindestens eine Stromleiter kann beispielsweise als Litze ausgebildet sein. Der Stromleiter kann ein- oder mehradrig ausgebildet sein oder auch eine Isolierung umfassen. Die Isolierung kann Kunststoff umfassen oder aus Kunststoff gebildet sein. Wenn der Stromleiter mehradrig ausgebildet ist, kann der Stromleiter mehrere Einzel-Leiter umfassen. Die Querschnittsfläche A in obiger Relation, die den Stromleiter charakterisiert, wird dann vorzugsweise aus der Summe der Querschnittsflächen A_i der Einzel-Leiter gebildet. Wenn der Stromleiter beispielsweise zwei Einzel-Leiter umfasst, die eine Querschnittsfläche A_1 = 1 mm2 und A_2 = 2 mm2 aufweisen, so würde die Querschnittsfläche A des Stromleiters in diesem Beispiel A = 3 mm2 betragen. Im Kontext der vorliegenden Erfindung wird der Einzel-Leiter vorzugsweise als kleinste, untrennbare Einzeleinheit bzw. Untereinheit eines Stromleiters betrachtet. Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die Querschnittsfläche A des mindestens einen Stromleiters aus der Summe der Querschnittsflächen der Einzel-Stromleiter gebildet werden kann: A = A_ges= S A_i. Bei einem einadrigen Stromleiter entspricht die Querschnittsfläche A vorzugsweise der Querschnittsfläche A des einen Einzel-Leiters, der den einadrigen Stromleiter bildet.
Der Umfang U in obiger Relation, die den Stromleiter charakterisiert, entspricht bei einem Stromleiter, der aus mehreren Einzel-Leiter gebildet wird, vorzugsweise dem Hüllumfang der Einzel- Stromleiter. Der Hüllumfang kann vorzugsweise dadurch gebildet werden, dass die am meisten außen liegenden Punkte des Bündels aus Einzel-Leitern im Wesentlichen direkt, d.h. tangential, miteinander verbunden werden. Der Hüllumfang kann insbesondere als Länge einer Linie betrachtet werden, wobei die Linie in einer Schnittdarstellung die Fläche der stromführenden Einzel-Litzen umschließt. Beispiele für den Hüllumfang eines mehradrigen Stromleiters sind in Fig. 5 abgebildet. Bei einem einadrigen Stromleiter entspricht der Hüllumfang vorzugsweise dem Umfang des einen Einzel-Leiters, der den einadrigen Stromleiter bildet.
Die Querschnittsfläche A des Stromleiters kann eine im Wesentlichen kreisförmige Grundform aufweisen. Die Querschnittsfläche A des Stromleiters kann aber auch jede andere denkbare geometrische Form aufweisen. Beispielsweise kann die Querschnittsfläche A des Stromleiters eine rechteckige, quadratische, elliptische, dreieckige, mehreckige, rautenförmige oder trapezförmige Grundfläche aufweisen, ohne darauf beschränkt zu sein. Unterschiedliche Möglichkeiten der Ausgestaltung des Stromleiters sind in Fig. 4 dargestellt.
Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass der mindestens eine Stromleiter eine Stromtragfähigkeit I aufweist, wobei die Stromtragfähigkeit I des mindestens einen Stromleiters größer ist als Zweiundzwanzigfache des Ausdrucks AA0,65, wobei A die Querschnittsfläche des mindestens einen Stromleiters ist. Die Relation I > 22 • AA0,65 bzw. I > 22 • A0,65 gilt insbesondere dann, wenn die Querschnittsfläche des mindestens einen Stromleiters in der Einheit Quadratmillimeter (mm2) und die Stromtragfähigkeit I in der Einheit Ampere (A) angegeben werden. Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die Werkzeugmaschine mindestens einen Stromleiter umfasst, der eine Stromleitfähigkeit von größer als dem Zweiundzwanzigfachen des Ausdrucks AA0,65 aufweist.
Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die Querschnittsfläche A des mindestens einen Stromleiters in einem Bereich von 1 ,65 mm2 und 10,25 mm2 liegt. Tests haben gezeigt, dass vor allem Stromleiter mit Querschnittsflächen in dem genannten Bereich besonders vorteilhafte thermische Eigenschaften aufweist. Der mindestens eine Stromleiter kann insbesondere Kupfer aufweisen oder aus Kupfer gebildet sein.
Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die Werkzeugmaschine zur Versorgung mit elektrischer Energie mit einer Energieversorgungsvorrichtung verbindbar ist. Vorzugsweise kann auch die Energieversorgungsvorrichtung einen Stromleiter aufweisen, dessen Umfang U größer ist als das Zweieinhalbfache der Wurzel des Produkts aus einer Querschnittsfläche A des mindestens einen Stromleiters und der Kreiszahl n. Es kann im Sinne der Erfindung auch bevorzugt sein, dass die Energieversorgungsvorrichtung mindestens einen Stromleiter aufweist, wobei der mindestens eine Stromleiter eine Stromtragfähigkeit I aufweist, die größer ist als Zweiundzwanzigfache des Ausdrucks AA0,65, wobei A die Querschnittsfläche des mindestens einen Stromleiters ist.
Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die Energieversorgungsvorrichtung und die Werkzeugmaschine ein Arbeitssystem bilden, in dem die Energieversorgungsvorrichtung die Werkzeugmaschine mit elektrischer Energie versorgt. Vorzugsweise kann die Werkzeugmaschine einen Stromleiter mit den genannten Eigenschaften aufweisen, wobei es im Sinne der Erfindung besonders bevorzugt ist, dass der Stromleiter im Inneren der Werkzeugmaschine vorliegt und dort die Komponenten der Werkzeugmaschine miteinander verbindet. Mit anderen Worten betrifft die Erfindung auch ein Arbeitssystem, das eine Werkzeugmaschine und eine Energieversorgungsvorrichtung umfasst, wobei insbesondere die Werkzeugmaschine mindestens einen Stromleiter mit den genannten Eigenschaften umfasst. Bei dem Stromleiter kann es sich vorzugsweise um einen Stromleiter mit nicht-kreisförmiger Grundfläche, wie eine Stromschiene, handeln, dessen Umfang U größer ist als das Zweieinhalbfache der Wurzel des Produkts aus einer Querschnittsfläche A des Stromleiters und der Kreiszahl n. Vorteilhafterweise kann mit der Erfindung ein System zur Versorgung von Werkzeugmaschinen mit elektrischer Energie bereitgestellt werden, wobei das System eine Werkzeugmaschine und eine Energieversorgungsvorrichtung umfasst. Mit dem System können hohe Konstantströme in einem Bereich von 50 A, bevorzugt mehr als 70 A bzw. am meisten bevorzugt mehr als 100 A von der Energieversorgungsvorrichtung an die Werkzeugmaschine übertragen und dort an die Komponenten und Verbraucher innerhalb der Werkzeugmaschine verteilt werden. Dazu weisen die Werkzeugmaschine und/oder die Energieversorgungsvorrichtung Stromleiter auf, deren Umfang U größer ist als das Zweieinhalbfache der Wurzel des Produkts aus einer Querschnittsfläche A des mindestens einen Stromleiters und der Kreiszahl n. Alternativ können Stromleiter verwendet werden, deren Stromtragfähigkeit I die Relation I > 22 • AA0,65 bzw. I > 22 • A0,65 erfüllt.
Die Energieversorgungsvorrichtung kann vorzugsweise mindestens einen Akkumulator («Akku») umfassen, wobei die Energieversorgungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, die Werkzeugmaschine mit elektrischer Energie zu versorgen. Die Abgabe von elektrischer Energie von der Energieversorgungsvorrichtung an die Werkzeugmaschine erfolgt insbesondere im verbundenen Zustand, in dem die Werkzeugmaschine über eine Schnittstelle mit der Energieversorgungsvorrichtung verbunden vorliegt. Die Schnittstelle bzw. die beteiligten Verbindungspartner «Werkzeugmaschine» und «Energieversorgungsvorrichtung», können weibliche und männliche Kontaktpartner aufweisen, wobei die weiblichen und männlichen Kontaktpartner im verbundenen Zustand so ineinandergreifen, dass über einen Kontaktbereich zwischen den Verbindungspartnern elektrischer Strom bzw. elektrische Energie fließen kann.
Bei der Energieversorgungsvorrichtung handelt es sich vorzugsweise um eine Energieversorgungsvorrichtung, die dazu eingerichtet ist, besonders hohe Ströme, insbesondere Konstantstem von mehr als 50 Ampere, bevorzugt mehr als 70 Ampere und am meisten bevorzugt von mehr als 100 Ampere, abzugeben.
Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die Energieversorgungsvorrichtung mindestens einer Zelle umfasst, wobei die mindestens eine Zelle weist einen Innenwiderstand DCR_I von kleiner als 10 Milliohm (mOhm) auf. In bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung kann der Innenwiderstand DCR_I der mindestens einen Zelle kleiner als 8 Milliohm und bevorzugt kleiner 6 Milliohm sein. Dabei wird der Innenwiderstand DCR_I vorzugsweise nach der Norm IEC61960 gemessen. Der Innenwiderstand DCR_I stellt insbesondere den Widerstand einer Zelle der Energieversorgungsvorrichtung dar, wobei etwaige Komponenten oder Zubehörteile der Zelle keinen Beitrag zum Innenwiderstand DCR_I leisten. Ein geringer Innenwiderstand DCRJ ist von Vorteil, da dadurch unerwünschte Wärme, die abgeführt werden muss, überhaupt nicht entsteht. Der Innenwiderstand DCRJ ist insbesondere ein Gleichstrom-Widerstand, der im Inneren einer Zelle der vorgeschlagenen Energieversorgungsvorrichtung gemessen werden kann. Selbstverständlich kann der Innenwiderstand DCRJ auch Zwischen werte, wie 6,02 Milliohm; 7,49 Milliohm; 8,33 Milliohm; 8,65 Milliohm oder 9,5 Milliohm, annehmen.
Es hat sich gezeigt, dass mit dem Innenwiderstand DCRJ der mindestens einen Zelle von kleiner als 10 Milliohm eine Energieversorgungsvorrichtung bereitgestellt werden kann, die besonders gute thermische Eigenschaften in dem Sinne aufweist, dass sie besonders gut bei niedrigen Temperaturen betrieben werden kann, wobei der Kühlaufwand überraschend gering gehalten werden kann. Insbesondere ist eine Energieversorgungsvorrichtung mit einem Zell-Innen- widerstand DCRJ von kleiner als 10 Milliohm besonders gut geeignet, um besonders leistungsstarke Werkzeugmaschinen mit elektrischer Energie zu versorgen. Solche Energieversorgungsvorrichtungen können somit einen wertvollen Beitrag dazu leisten, einen Einsatz von akkubetriebenen Werkzeugmaschinen auch in solchen Anwendungsgebieten zu ermöglichen, von denen die Fachwelt bisher davon ausgegangen war, dass diese Anwendungsgebiete akkubetriebenen Werkzeugmaschinen nicht zugänglich sind.
Vorteilhafterweise kann mit eine solchen Energieversorgungsvorrichtung eine Möglichkeit dafür geschaffen werden, eine batterie- oder akkubetriebene Werkzeugmaschine mit einer erfindungsgemäßen Energieversorgungsvorrichtung über einen langen Zeitraum mit einer hohen Abgabeleistung zu versorgen, ohne die umliegenden Kunststoffbauteile oder die Zellchemie innerhalb der Zellen der Energieversorgungsvorrichtung zu schädigen.
Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass ein Verhältnis eines Widerstands der mindestens einen Zelle zu einer Oberfläche A_Z der mindestens einen Zelle kleiner als 0,2 Milliohm/cm2 ist, bevorzugt kleiner als 0,1 Milliohm/cm2 und am meisten bevorzugt kleiner als 0,05 Milliohm/cm2. Bei einer zylindrischen Zelle kann die Oberfläche der Zelle beispielsweise von der Außenfläche des Zylinders, sowie der Oberseite und der Unterseite der Zelle gebildet werden. Es kann darüber hinaus im Sinne der Erfindung bevorzugt sein, dass ein Verhältnis eines Widerstands der mindestens einen Zelle zu einem Volumen V_Z der mindestens einen Zelle kleiner als 0,4 Milliohm/cm3 ist, bevorzugt kleiner als 0,3 Milliohm/cm3 und am meisten bevorzugt kleiner als 0,2 Milliohm/cm3. Der Fachmann kennt für übliche geometrische Formen, wie Quader, Würfel, Kugel oder dergleichen, die Formeln zur Berechnung der Oberfläche oder des Volumens eines solchen geometrischen Körpers. Der Begriff «Widerstand» bezeichnet im Sinne der Erfindung be- vorzugt den Innenwiderstand DCRJ, der vorzugsweise nach der Norm IEC61960 gemessen werden kann. Vorzugsweise handelt es sich dabei um einen Gleichstrom-Widerstand.
Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die mindestens eine Zelle einen Erwärmungskoeffizienten von kleiner als 1 ,0 W/(Ah-A) aufweist, bevorzugt kleiner als 0,75 W/(Ah-A) und besonders bevorzugt von kleiner als 0,5 W/(Ah-A). Darüber hinaus kann die mindestens eine Zelle dazu ausgebildet sein, im Wesentlichen konstant einen Strom von größer als 1 .000 Ampere/Liter abzugeben. Die Angabe des Entladestroms erfolgt in Bezug auf das Volumen V_Z der mindestens einen Zelle, wobei als Einheit für das Volumen die Raum-Maßeinheit «Liter» (I) verwendet wird. Die erfindungsgemäßen Zellen sind somit in der Lage, pro Liter Zellvolumen einen Entladestrom von im Wesentlichen konstant größer als 1 .000 A abzugeben. Mit anderen Worten ist eine Zelle mit einem Volumen von 1 Liter in der Lage, einen im Wesentlichen konstanten Entladestrom von größer als 1 .000 A abzugeben, wobei die mindestens eine Zelle darüber hinaus einen Erwärmungskoeffizienten von kleiner als 1 ,0 W/(Ah-A) aufweist. In bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung kann die mindestens eine Zelle der vorgeschlagenen Energieversorgungsvorrichtung einen Erwärmungskoeffizienten von kleiner als 0,75 W/(Ah-A), bevorzugt kleiner als 0,5 W/ (Ah-A) aufweisen. Die Einheit des Erwärmungskoeffizienten lautet Watt / (Amperestunden • Ampere). Selbstverständlich kann der Erwärmungskoeffizient auch Zwischenwerte, wie 0,56 W/(Ah-A); 0,723 W/(Ah-A) oder 0,925 W/(Ah-A) aufweisen.
Die Erfindung ermöglicht vorteilhafterweise die Bereitstellung einer Energieversorgungsvorrichtung mit mindestens einer Zelle, die eine verringerte Erwärmung aufweist und somit besonders gut für die Versorgung von Werkzeugmaschine geeignet ist, bei denen hohe Leistungen und hohe Ströme, vorzugsweise Konstant-Ströme, für den Betrieb erwünscht sind. Insbesondere kann mit der Erfindung eine Energieversorgungsvorrichtung für eine Werkzeugmaschine bereitgestellt werden, bei der die Wärme, die gegebenenfalls bei Betrieb der Werkzeugmaschine und bei Abgabe von elektrischer Energie an die Werkzeugmaschine entsteht, besonders einfach und unkompliziert abgeführt werden kann. Tests haben gezeigt, dass mit der Erfindung nicht nur vorhandene Wärme besser abgeführt werden kann. Vielmehr wird mit der Erfindung verhindert, dass Wärme entsteht bzw. die bei Betrieb der Werkzeugmaschine erzeugte Wärmemenge kann mit der Erfindung erheblich reduziert werden. Vorteilhafterweise kann mit der Erfindung eine Energieversorgungsvorrichtung bereitgestellt werden, die vor allem auch solche Werkzeugmaschine optimal mit elektrischer Energie versorgen kann, die hohe Anforderungen an Leistung und Entladestrom stellen. Mit anderen Worten kann mit der Erfindung eine Energieversorgungs- Vorrichtung für besonders leistungsstarke Werkzeugmaschine bereitgestellt werden, mit denen beispielsweise auf Baustellen schwere Bohr- oder Abbrucharbeiten verrichtet werden.
Der Begriff «Werkzeugmaschine» ist im Sinne der Erfindung als typisches Gerät zu verstehen, dass auf einer Baustelle, beispielsweise einer Hochbau-Baustelle und/oder einer Tiefbau- Baustelle, verwendet werden kann. Es kann sich um Bohrhämmer, Meißelgeräte, Kernbohrgerät, Winkel- oder Trennschleifer, Trenngeräte oder dergleichen handeln, ohne darauf beschränkt zu sein. Darüber hinaus können Hilfsgeräte, wie sie gelegentlich auf Baustellen verwendet werden, wie Lampen, Radios, Staubsauger, Meßgeräte, Bau-Roboter, Schubkarren, Transportgeräte, Vorschubvorrichtungen oder andere Hilfsgeräte «Werkzeugmaschine» im Sinne der Erfindung sein. Die Werkzeugmaschine kann insbesondere eine mobile Werkzeugmaschine sein, wobei die vorgeschlagene Energieversorgungsvorrichtung insbesondere auch in stationären Werkzeugmaschinen, wie ständergeführten Bohrgeräten oder Kreissägen, zum Einsatz kommen kann. Bevorzugt sind aber handgeführte Werkzeugmaschinen, die insbesondere akku- oder batteriebetrieben sind.
Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die mindestens eine Zelle eine Temperatur- Abkühl-Halbwertzeit kleiner als 12 Minuten aufweist, bevorzugt kleiner 10 Minuten, besonders bevorzugt kleiner 8 Minuten. Das bedeutet im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass sich bei freier Konvektion eine Temperatur der mindestens einen Zelle in weniger als 12, 10 oder 8 min halbiert. Die Temperatur-Abkühl-Halbwertzeit wird vorzugsweise in einem Ruhezustand der Energieversorgungsvorrichtung ermittelt, d.h. wenn die Energieversorgungsvorrichtung nicht in Betrieb, d.h. mit einer Werkzeugmaschine verbunden vorliegt. Vor allem Energieversorgungsvorrichtungen mit Temperatur-Abkühl-Halbwertzeiten von kleiner als 8 min haben sich als besonders geeignet für den Einsatz bei leistungsstarken Werkzeugmaschinen gezeigt. Selbstverständlich kann die Temperatur-Abkühl-Halbwertzeit auch einen Wert von 8,5 Minuten, 9 Minuten 20 Sekunden oder von 11 Minuten 47 Sekunden aufweisen.
Durch die überraschend geringe Temperatur-Abkühl-Halbwertzeit der vorgeschlagenen Energieversorgungsvorrichtung verweilt die im Betrieb der Werkzeugmaschine oder bei ihrem Laden erzeugte Wärme nur für kurze Zeit innerhalb der mindestens einen Zelle. Auf diese Weise kann die Zelle besonders schnell wieder aufgeladen werden und steht zügig für einen erneuten Einsatz in der Werkzeugmaschine zur Verfügung. Vielmehr kann die thermische Belastung der Komponente der Energieversorgungsvorrichtung oder der Werkzeugmaschine mit der vorgeschlagenen Energieversorgungsvorrichtung erheblich reduziert werden. Dadurch kann die Energieversorgungsvorrichtung geschont und ihre Lebenszeit verlängert werden. Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die mindestens eine Zelle in einem Batteriepack der Energieversorgungsvorrichtung angeordnet ist. In dem Batteriepack können vorzugsweise eine Reihe von Einzelzellen zusammengefasst werden und auf diese Weise optimal in die Energieversorgungsvorrichtung eingefügt werden. Beispielsweise können 5, 6 oder 10 Zellen einen Batteriepack bilden, wobei auch ganzzahlige Vielfache dieser Zahlen möglich sind. Beispielsweise kann die Energieversorgungsvorrichtung einzelne Zellstränge aufweisen, die beispielsweise 5, 6 oder 10 Zellen umfassen können. Eine Energieversorgungsvorrichtung mit beispielsweise drei Strängen ä fünf Zellen kann beispielsweise 15 Einzelzellen umfassen.
Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die Energieversorgungsvorrichtung eine Kapazität von wenigstens 2,2 Ah, bevorzugt wenigstens 2,5 Ah aufweist. Tests haben gezeigt, dass die genannten Kapazitätswerte besonders gut für den Einsatz von leistungsstarken Werkzeugmaschinen im Baugewerbe geeignet sind und den dortigen Anforderungen an Verfügbarkeit von elektrischer Energie und möglicher Nutzungsdauer der Werkzeugmaschine besonders gut entsprechen.
Vorzugsweise ist die mindestens eine Zelle der Energieversorgungsvorrichtung dazu eingerichtet, einen Entladestrom über wenigstens 10 s von wenigstens 20 A abzugeben. Beispielsweise kann eine Zelle der Energieversorgungsvorrichtung dazu ausgebildet sein, einen Entladestrom über wenigstens 10 s von wenigstens 20 A, insbesondere wenigstens 25 A, bereitzustellen. Mit anderen Worten kann die mindestens eine Zelle einer Energieversorgungsvorrichtung dazu eingerichtet sein, einen Dauerstrom von wenigstens 20 A, insbesondere von wenigstens 25 A, bereitzustellen.
Gleichfalls ist es denkbar, dass Spitzenströme, insbesondere kurzzeitige Spitzenströme, zu einer starken Erwärmung der Energieversorgungsvorrichtung führen können. Daher ist eine Energieversorgungsvorrichtung mit einer leistungsstarken Kühlung, wie sie durch die vorliegend beschriebenen Maßnahmen erzielt werden kann, besonders vorteilhaft. Denkbar ist beispielsweise, dass die mindestens eine Zelle der Energieversorgungsvorrichtung über 1 Sekunde hinweg wenigstens 50 A bereitstellen kann. Mit anderen Worten ist es im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die mindestens eine Zelle der Energieversorgungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, einen Entladestrom über wenigstens 1 s von wenigstens 50 A bereitzustellen. Werkzeugmaschinen können oftmals kurzzeitig hohe Leistungen benötigen. Eine Energieversorgungsvorrichtung, deren Zellen dazu in der Lage sind, einen derartigen Spitzenstrom und/oder einen derartigen Dauerstrom abzugeben, kann daher besonders geeignet für leistungsstarke Werkzeugmaschinen sein, wie sie auf Baustellen eingesetzt werden. Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die mindestens eine Zelle einen Elektrolyten umfasst, wobei der Elektrolyt bei Raumtemperatur vorzugsweise in einem flüssigen Aggregatzustand vorliegt. Der Elektrolyt kann Lithium, Natrium und/oder Magnesium umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein. Insbesondere kann der Elektrolyt Lithium-basiert sein. Alternativ oder ergänzend kann er auch Natrium-basiert sein. Denkbar ist auch, dass der Akkumulator Magnesi- um-basiert ist. Die elektrolyt-basierte Energieversorgungsvorrichtung kann eine Nennspannung von wenigstens 10 V, bevorzugt wenigstens 18 V, insbesondere von wenigstens 28 V, beispielsweise 36 V, aufweisen. Ganz besonders bevorzugt ist eine Nennspannung in einem Bereich von 18 bis 22 V, insbesondere in einem Bereich von 21 bis 22 V. Die mindestens eine Zelle der Energieversorgungsvorrichtung kann beispielsweise eine Spannung von 3,6 V aufweisen, ohne darauf beschränkt zu sein.
Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die Energieversorgungsvorrichtung beispielsweise mit einer Laderate von 1 ,5 C, bevorzugt 2 C und am meisten bevorzugt von 3 C geladen wird. Unter einer Laderate xC kann dabei die Stromstärke verstanden werden, die benötigt wird, um eine entladene Energieversorgungsvorrichtung in einem dem Zahlwert x der Laderate x C entsprechenden Bruchteil einer Stunde vollständig aufzuladen. Eine Laderate von 3 C ermöglicht beispielsweise ein vollständiges Aufladen des Akkumulators binnen 20 Minuten.
Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die mindestens Zelle der Energieversorgungsvorrichtung eine Oberfläche A_Z und ein Volumen V_Z aufweist, wobei ein Verhältnis A_Z/V_Z von Oberfläche zu Volumen größer ist als das Sechsfache, bevorzugt das Achtfache und besonders bevorzugt das Zehnfache des Kehrwerts der dritten Wurzel des Volumens.
Die Formulierung, dass die Oberfläche A_Z der mindestens einen Zelle ist größer ist als beispielsweise das Achtfache der dritten Wurzel des Quadrats des Volumens V_Z kann vorzugsweise auch durch die Formel _Z>8*(V_Z)A(2/3) zum Ausdruck gebracht werden. In einer anderen Schreibweise kann dieser Zusammenhang dadurch beschrieben werden, dass das Verhältnis (A_Z)/(V_Z) von Oberfläche zu Volumen größer ist als das Achtfache des Kehrwerts der dritten Wurzel des Volumens.
Dabei sind zur Prüfung, ob die obige Relation erfüllt ist, stets Werte in der gleichen Grundeinheit einzusetzen. Wenn beispielsweise ein Wert für die Oberfläche in m2 in die obige Formel eingesetzt wird, so wird für das Volumen vorzugsweise ein Wert in der Einheit m3 eingesetzt. Wenn beispielsweise ein Wert für die Oberfläche in der Einheit cm2 in die obige Formel eingesetzt wird, so wird für das Volumen vorzugsweise ein Wert in der Einheit cm3 eingesetzt. Wenn beispiels- weise ein Wert für die Oberfläche in der Einheit mm2 in die obige Formel eingesetzt wird, so wird für das Volumen vorzugsweise ein Wert in der Einheit mm3 eingesetzt.
Zellgeometrien, die beispielsweise die Relation von _Z>8*(V_Z)A(2/3) erfüllen, weisen vorteilhafterweise ein besonders günstiges Verhältnis zwischen der für die Kühlwirkung maßgeblichen Außenfläche der Zelle zum Zellvolumen auf. Dabei haben die Erfinder erkannt, dass das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen der mindestens einen Zelle der Energieversorgungsvorrichtung einen wichtigen Einfluss auf die Entwärmung der Energieversorgungsvorrichtung hat. Die verbesserte Kühlfähigkeit der vorgeschlagenen Energieversorgungsvorrichtung kann vorteilhafterweise durch eine Erhöhung der Zelloberfläche bei gleichbleibendem Volumen und geringem Innenwiderstand der mindestens einen Zelle erreicht werden. Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass eine geringe Zelltemperatur bei gleichzeitig hoher Leistungsabgabe vorzugsweise dann ermöglicht werden kann, wenn der Innenwiderstand der Zelle reduziert wird. Die Reduzierung des Innenwiderstands der mindestens einen Zelle kann zu einer geringeren Wärmeentstehung führen. Darüber hinaus kann eine geringe Zelltemperatur durch die Verwendung von Zellen, bei denen die Oberfläche A_Z von mindestens einer Zelle innerhalb der Energieversorgungsvorrichtung größer ist als das Sechsfache, bevorzugt das Achtfache und besonders bevorzugt das Zehnfache der dritten Wurzel des Quadrats des Volumens V_Z der mindestens einen Zelle. Dadurch kann insbesondere die Wärmeabgabe an die Umgebung verbessert werden.
Es hat sich gezeigt, dass Energieversorgungsvorrichtungen, deren Zellen die genannte Relation erfüllen, deutlich besser gekühlt werden können als bisher bekannte Energieversorgungsvorrichtungen mit beispielsweise zylinderförmigen Zellen. Die obige Relation kann beispielsweise dadurch erfüllt werden, dass die Zellen der vorgeschlagenen Energieversorgungsvorrichtung zwar eine zylinderförmige Grundform aufweisen, aber zusätzliche Oberflächen vergrößernde Elemente auf ihrer Oberfläche angeordnet sind. Dabei kann es sich beispielsweise um Rippen, Zähne oder dergleichen handeln. Es können im Rahmen der Erfindung auch Zellen verwendet werden, die keine zylinderförmige oder zylindrische Grundform aufweisen, sondern vollkommen anders geformt sind. Beispielsweise können die Zellen der vorgeschlagenen Energieversorgungsvorrichtung eine im Wesentlichen quader- oder würfelförmige Grundform aufweisen. Der Begriff „im Wesentlichen“ ist dabei für den Fachmann nicht unklar, weil der Fachmann weiß, dass im Kontext der vorliegenden Erfindung beispielsweise auch ein Quader mit Einbuchtungen oder abgerundeten Ecken und/oder Kanten unter den Begriff „im Wesentlichen quaderförmig“ fallen soll. Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass Energieversorgungsvorrichtung mindestens eine Energiespeicherzelle umfasst, wobei die Energieversorgungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, einen maximalen Konstant-Strom von größer als 50 Ampere, bevorzugt größer als 70 Ampere, am meisten bevorzugt größer 100 Ampere abzugeben. Die maximale Konstant-Strom-Abgabe ist die Menge an Strom einer Zelle oder einer Energieversorgungsvorrichtung, die entnommen werden kann, ohne dass die Zelle oder die Energieversorgungsvorrichtung an eine Temperatur- Obergrenze gelangt. Mögliche Temperatur-Obergrenze können in einem Bereich von 60 °C oder 70 °C liegen, ohne darauf beschränkt zu sein. Die Einheit der maximalen Konstant-Strom- Abgabe ist Ampere.
Bei allen Wertebereichen, die im Kontext der vorliegenden Erfindung genannt werden, sollen stets auch alle Zwischenwerte als offenbart gelten. Als Beispiel sollen bei der maximalen Konstant-Strom-Abgabe auch Werte zwischen 50 und 70 A als offenbart gelten, also zum Beispiel 51 ; 62,3; 54, 65,55 oder 57,06 Ampere usw. Darüber hinaus sollen auch Werte zwischen 70 und 100 A als offenbart gelten, also zum Beispiel 72; 83,3; 96, 78,55, 87,25 oder 98,07 Ampere usw.
Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die Energieversorgungsvorrichtung eine Entlade- C-Rate von größer als 80 • tA(-0,45) aufweist, wobei der Buchstabe „t“ für die Zeit in der Einheit Sekunden steht. Die C-Rate ermöglicht vorteilhafterweise eine Quantifizierung der Lade- und Entladeströme für Energieversorgungsvorrichtungen, wobei die hier verwendete Enlade-C-Rate insbesondere die Quantifizierung der Entladeströme von Energieversorgungsvorrichtungen ermöglicht. Mit der C-Rate können beispielsweise die maximal zulässigen Lade- und Entladeströme angegeben werden. Diese Lade- und Entladeströme hängen vorzugsweise von der Nennkapazität der Energieversorgungsvorrichtung ab. Die ungewöhnlich hohe Entlade-C-Rate von 80 • tA(-0,45) bedeutet vorteilhafterweise, dass mit der vorgeschlagenen Energieversorgungsvorrichtung besonders hohe Entladeströme erreicht werden können, die für den Betrieb von leistungsstarken Werkzeugmaschinen im Baugewerbe erforderlich sind. Beispielsweise können die Entladeströme in einem Bereich von größer als 50 Ampere, bevorzugt größer als 70 Ampere oder noch mehr bevorzugt größer als 100 Ampere liegen.
Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die Zelle einen Zelltemperaturgradienten von kleiner 10 Kelvin aufweist. Der Zelltemperaturgradient ist vorzugsweise ein Maß für Temperaturunterschiede innerhalb der mindestens einen Zelle der vorgeschlagenen Energieversorgungsvorrichtung, wobei es im Sinne der Erfindung bevorzugt ist, dass die Zelle eine möglichst gleichmäßige Temperaturverteilung aufweist, d.h. dass eine Temperatur in einem inneren Bereich der Zelle möglichst wenig abweicht von einer Temperatur, die im Bereich einer Mantel- oder Außenfläche der Zelle gemessen wird.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. Die Figuren, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. In den Figuren sind gleiche und gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert.
Es zeigen:
Fig. 1 schematische Schnittdarstellung einer bevorzugten Ausgestaltung der Energieversorgungsvorrichtung
Fig. 2 schematische Schnittdarstellung einer Werkzeugmaschine mit einer bevorzugten Ausgestaltung der Energieversorgungsvorrichtung
Fig. 3 schematische Schnittdarstellung einer bevorzugten Ausgestaltung der Werkzeugmaschine
Fig. 4 schematische Schnittdarstellungen von möglichen bevorzugten Ausgestaltungen des Stromleiters Fig. 5 Beispiele für einen Stromleiter zur Verdeutlichung des Begriffs «Hüllumfang»
Ausführunqsbeispiele und Fiqurenbeschreibunq:
Figur 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer bevorzugten Ausgestaltung der Energieversorgungsvorrichtung 10. Die in Fig. 1 dargestellte Energieversorgungsvorrichtung 10 weist achtzehn Energiespeicherzellen 9 auf, wobei die achtzehn Zellen 9 in drei Strängen innerhalb der Energieversorgungsvorrichtung 10 angeordnet vorliegen. Die Zellen 9 werden insbesondere durch die Kreise symbolisiert, während die Stränge durch die länglichen Rechtecke symbolisiert werden, die die Kreise («Zellen 9») umgeben.
Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht einer Werkzeugmaschine 5 mit einer vorgeschlagenen Energieversorgungsvorrichtung 10. Bei der Werkzeugmaschine 5 kann es sich beispielsweise um einen Trennschleifer handeln, der als Werkzeug 11 eine Trennscheibe aufweist. Die Werkzeugmaschine 5 kann einen Griff 12 aufweisen, der beispielsweise als hinterer Handgriff ausgebildet ist. Außerdem kann die Werkzeugmaschine 5 einen Motor 6, eine Elektronik 7 und/oder eine Energieversorgungsvorrichtung 10 aufweisen, wobei der Motor 6, die Elektronik 7 und/oder die Energieversorgungsvorrichtung 10 über einen Stromleiter 1 miteinander verbunden werden können.
Fig. 3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer bevorzugten Ausgestaltung der Werkzeugmaschine 5. Die Werkzeugmaschine 5 weist ein Werkzeug 11 , wobei das Werkzeug 11 beispielsweise ein Bohrer sein kann. Die Werkzeugmaschine 5 kann mit Hilfe eines Bedienelements 13 ein- oder ausgeschaltet werden. Die Werkzeugmaschine 5 kann darüber hinaus mit einer Energieversorgungsvorrichtung 10 verbunden werden, um von der Energieversorgungsvorrichtung 10 elektrische Energie zu beziehen bzw. um von der Energieversorgungsvorrichtung 10 mit elektrischer Energie versorgt zu werden. Die Werkzeugmaschine 5 kann einen Motor 6, eine Elektronik 7 und/oder ein Schnittstelle 8 aufweisen, wobei die Schnittstelle 8 dazu eingerichtet ist, die Werkzeugmaschine 5 mit der Energieversorgungsvorrichtung 10 zu verbinden. Dabei kann mit Hilfe der Schnittstelle 8 insbesondere eine mechanische und eine elektrische Verbindung zwischen der Werkzeugmaschine 5 und der Energieversorgungsvorrichtung 10 hergestellt werden. Die Komponenten der Werkzeugmaschine 5, d.h. der Motor 6, die Elektronik 7 und die Schnittstelle 8, können untereinander durch Stromleiter 1 verbunden vorliegen. Beispielsweise können Stromleiter 1 zwischen dem Motor 6 und der Elektronik 7 bzw. zwischen der Elektronik 7 und der Schnittstelle 8 der Werkzeugmaschine 5 vorgesehen sein. Die Stromleiter 1 sind vorzugsweise dazu eingerichtet, dass elektrische Ströme zwischen den Komponenten 6, 7, 8 der Werkzeugmaschine 5 fließen können. Mithin stellen die Stromleiter 1 eine elektrische Verbindung zwischen den Komponenten 6, 7, 8 der Werkzeugmaschine 5 her. Selbstverständlich können auch andere Komponenten der Werkzeugmaschine 5 mit Hilfe der Stromleiter 1 untereinander verbunden werden. Beispielsweise kann auch eine direkte elektrische Verbindung durch einen Stromleiter 1 zwischen der Schnittstelle 8 und dem Motor 6 der Werkzeugmaschine 5 vorgesehen sein.
Mögliche Ausgestaltungen des Stromleiters 1 werden in Figur 4 dargestellt. Beispielsweise zeigt Teilfigur 4a) einen einadrigen Stromleiter 1 mit einer Isolierung 2. Die Formulierung «einadrig» ist in diesem Zusammenhand so zu verstehen, dass der Stromleiter 1 massiv aus einem Strang Metall, beispielsweise Kupfer, gebildet ist. Davon abweichend wird in Teilfigur 4b) ein Stromleiter 1 abgebildet, der eine Reihe von Einzel-Leitern 3 umfasst. Die Einzel-Leiter 3 können beispielsweise dünne Kupferdrähte darstellen, die im Inneren einer Isolierung 2 angeordnet sind. Die Einzel-Leiter 3 können beispielsweise verdrillt innerhalb der Isolierung 2 vorliegen. Stromleiter 1 , die mehrere Einzel-Leiter 3 umfassen, können im Sinne der Erfindung vorzugsweise als «mehradrig» bezeichnet werden. Der Stromleiter 1 , der in der Werkzeugmaschine 5 verbaut ist, kann beispielsweise auch eine nicht-kreisförmige Querschnittsfläche aufweisen. Ein solcher Stromleiter 4 mit nicht-kreisförmiger Querschnittsfläche ist in Teilfigur 4c) dargestellt. Der Stromleiter 1 in den Teilfiguren 4a) und 4b) weist dahingegen eine im Wesentlichen kreisförmige Querschnittsfläche auf.
In Figur 5 werden Beispiele für einen Stromleiter 1 zur Verdeutlichung des Begriffs «Hüllumfang» 14 dargestellt. In Teilfigur 5a) ist ein Stromleiter 1 mit einer in einer Schnittdarstellung im Wesentlichen kreisförmigen Querschnittsfläche A dargestellt. Der in Teilfigur 5a) abgebildete Stromleiter 1 weist neun Einzel-Leiter 3 auf, die von einer Isolierung 2 umgeben sind. Eingezeichnet ist in Figur 5 insbesondere der Hüllumfang 14, der die äußeren Punkte des Bündels aus Einzel-Leitern 3 wie eine straffe Hülle umgibt. Der Hüllumfang 14 liegt vorzugsweise zwischen einem Schrumpfschlauch vor, der gedanklich um das Bündel aus Einzel-Leitern 3 gelegt werden kann, und einer Innenseite der optionalen Isolierung 2. Der Hüllumfang 14 weist vorzugsweise eine Länge auf oder stellt eine Länge dar, wobei diese Länge der Länge einer Verbindungslinie der am weitesten außen liegenden Punkte des Bündels aus Einzel-Leitern 3 entspricht.
In Teilfigur 5b) ist ein Stromleiter 1 mit einer Querschnittfläche A abgebildet, wobei die Querschnittsfläche A im Wesentlichen nicht kreisförmig ist. Der in Teilfigur 5b) abgebildete Stromleiter 4 weist in einer Schnittdarstellung insbesondere eine rechteckige Querschnittsfläche A auf. Der in Teilfigur 5b) abgebildete Stromleiter 4 weist sieben Einzel-Leiter 3 auf, die von einer Iso- lierung 2 umgeben sind. Darüber hinaus ist in Teilfigur 5b) der Hüllumfang 14 abgebildet, der das Bündel aus Einzel-Leitern 3 umgibt.
Bezugszeichenliste
1 Stromleiter
2 optional: Isolierung
3 Einzel-Stromleiter
4 Stromleiter mit nicht-kreisförmigen Querschnitt
5 Werkzeugmaschine
6 Motor der Werkzeugmaschine
7 Elektronik der Werkzeugmaschine
8 Schnittstelle der Werkzeugmaschine zur Aufnahme einer
Energieversorgungsvorrichtung
9 Zelle einer Energieversorgungsvorrichtung
10 Energieversorgungsvorrichtung
11 Werkzeug der Werkzeugmaschine
12 Griff der Werkzeugmaschine
13 Bedienelement der Werkzeugmaschine, z. B. Schalter
14 Hüllumfang

Claims

Werkzeugmaschine (5) dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugmaschine (5) mindestens einen Stromleiter (1) aufweist, wobei ein Umfang U des mindestens einen Stromleiters (1) größer ist als das Zweieinhalbfache der Wurzel des Produkts aus einer Querschnittsfläche A des mindestens einen Stromleiters (1) und der Kreiszahl n. Werkzeugmaschine (5) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Stromleiter (1) eine Stromtragfähigkeit I aufweist, wobei die Stromtragfähigkeit I des mindestens einen Stromleiters (1) größer ist als Zweiundzwanzigfache des Ausdrucks AA0,65, wobei A die Querschnittsfläche des mindestens einen Stromleiters (1) ist. Werkzeugmaschine (5) nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Stromleiter (1) eine Reihe von Einzel-Stromleitern (3) umfasst, wobei der Umfang U des mindestens einen Stromleiters (1) dem Hüllumfang (14) der Einzel-Stromleiter (3) entspricht und wobei die Querschnittsfläche A des mindestens einen Stromleiters (1) aus der Summe der Querschnittsflächen der Einzel-Stromleiter (3) bildbar ist. Werkzeugmaschine (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche A des mindestens einen Stromleiters (1) in einem Bereich von 1 ,65 mm2 und 10,25 mm2 liegt. Werkzeugmaschine (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Stromleiter (1) eine Isolierung (2) aufweist.
22
6. Werkzeugmaschine (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Stromleiter (1) Kupfer aufweist.
7. Werkzeugmaschine (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Stromleiter (1) eine nicht-kreisförmige Querschnittsfläche A aufweist.
8. Werkzeugmaschine (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugmaschine (5) zur Versorgung mit elektrischer Energie mit einer Energieversorgungsvorrichtung (10) verbindbar ist.
9. Werkzeugmaschine (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Stromleiter (1) dazu eingerichtet ist, einen Motor (6), eine Elektronik (7) und/oder eine Schnittstelle (8) zur Aufnahme der Energieversorgungsvorrichtung (10) zu verbinden.
10. Energieversorgungsvorrichtung (10) zur Verwendung in einer Werkzeugmaschine (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgungsvorrichtung (10) mindestens eine Energiespeicherzelle (9) umfasst, wobei die mindestens eine Energiespeicherzelle (9) einen Innenwiderstand DCR_I von kleiner als 10 Milliohm aufweist.
11. Energieversorgungsvorrichtung (10) zur Verwendung in einer Werkzeugmaschine (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgungsvorrichtung (10) mindestens eine Energiespeicherzelle (9) umfasst, wobei die mindestens Zelle (9) eine Oberfläche A_Z und ein Volumen V_Z aufweist, wobei ein Verhältnis (A_Z)/(V_Z) von Oberfläche zu Volumen größer ist als das Sechsfache, bevorzugt das Achtfache und besonders bevorzugt das Zehnfache des Kehrwerts der dritten Wurzel des Volumens. Energieversorgungsvorrichtung (10) zur Verwendung in einer Werkzeugmaschine (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgungsvorrichtung (10) mindestens eine Energiespeicherzelle (9) umfasst, wobei ein Verhältnis eines Widerstands der mindestens einen Energiespeicherzelle (9) zu einer Oberfläche A_Z der mindestens einen Zelle (2) kleiner als 0,2 Milli- ohm/cm2 ist, bevorzugt kleiner als 0,1 Milliohm/cm2, am meisten bevorzugt kleiner als 0,05 Milliohm/cm2. Energieversorgungsvorrichtung (10) zur Verwendung in einer Werkzeugmaschine (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgungsvorrichtung (10) eine Kapazität von wenigstens 2,2 Ah, bevorzugt wenigstens 2,5 Ah aufweist. Energieversorgungsvorrichtung (10) zur Verwendung in einer Werkzeugmaschine (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgungsvorrichtung (10) mindestens einen Stromleiter (1) aufweist, wobei ein Umfang U des mindestens einen Stromleiters (1) größer ist als das Zweieinhalbfache der Wurzel des Produkts aus einer Querschnittsfläche A des mindestens einen Stromleiters (1) und der Kreiszahl n. Energieversorgungsvorrichtung (10) zur Verwendung in einer Werkzeugmaschine (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgungsvorrichtung (10) mindestens einen Stromleiter (1) aufweist, wobei der mindestens eine Stromleiter (1) eine Stromtragfähigkeit I aufweist, die größer ist als Zweiundzwanzigfache des Ausdrucks AA0,65, wobei A die Querschnittsfläche des mindestens einen Stromleiters (1) ist.
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