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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Akkupack für eine Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 1.
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Elektrische Handwerkzeugmaschinen, wie zum Beispiel Schlagschrauber, Bohrmaschinen, Winkelschleifer, Stichsägen, Kreissägen oder Hobelmaschinen für den Handwerker- oder Heimwerkerbedarf weisen als Antriebsmotor gewöhnlich entweder einen Wechselstrommotor oder einen Gleichstrommotor auf. Während der erstere in der Regel über ein Netzkabel mit Wechselstrom aus dem Netz gespeist wird, stammt die elektrische Energie zur Versorgung des Gleichstrommotors in der Regel aus einem sogenannten Akkupack, einem wiederaufladbaren Akkumulator in einem mit dem Gehäuse der Handwerkzeugmaschine kuppelbaren Gehäuse, der beim Kuppeln der beiden Gehäuse elektrisch an die Stromzufuhrleitungen des Gleichstrommotors angeschlossen wird.
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Derartige Akkupacks sind grundsätzlich bekannt und weisen wiederaufladbare Akkumulatoren, in der Regel eine Mehrzahl von in Parallel- und/oder Reihenschaltung verbundener Akkuzellen auf. Im Rahmen dieser Anmeldung ist unter einem Akkupack somit ein vorzugsweise aus mehreren elektrisch zusammengeschalteten Akkuzellen bestehendes Akkumulatorenpaket zu verstehen, das elektrische Energie speichern kann, die für den Betrieb der Handwerkzeugmaschine benötigte Energie liefert, und austauschbar in einer Kammer, einer Schnittstelle oder dergleichen der Handwerkzeugmaschine aufgenommen ist. Das Zuordnen des Akkupacks zur Handwerkzeugmaschine erfolgt durch Einstecken beziehungsweise Einschieben des Akkupacks in eine komplementäre Einsteckbuchse des Gerätegehäuses, wobei der Akkupack mit dem Gerätegehäuse der Handwerkzeugmaschine derart koppelbar ist, dass beim Koppeln der beiden Gehäuse das Elektrowerkzeug elektrisch an den Akkupack angekoppelt und mechanisch verriegelt wird. Die elektrische Kontaktierung erfolgt zumeist im Bereich der Verriegelungsvorrichtung. Zum Koppeln der beiden Gehäuse der Handwerkzeugmaschine und des Akkupacks ist gewöhnlich das letztere mit einer überstehenden Verrastungsvorrichtung versehen, die in eine komplementäre Einsteckbuchse der ersteren eingeschoben und in dieser verrastet wird.
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Bei derartigen Akkupacks, insbesondere bei Lithium-Ionen Akkupacks kann ein externer Kurzschluss zu einem Feuer oder sogar zu einer Explosion führen. Um dies zu verhindern, ist es bekannt, in einem Akkupack Sicherungen, insbesondere Schmelzsicherungen einzubauen. Üblicherweise wird bei Schmelzsicherungen der Schmelzleiter entweder an einer Endkappe verlötet oder direkt mit einem leitenden Kabel vercrimpt.
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Bei verlöteten Sicherungen erweist sich eine erhöhte Wärmeempfindlichkeit als nachteilig. Durch die zunehmende Leistungsfähigkeit der Akkupacks erhöht sich zugleich die innerhalb der Akkupacks entstehende Wärme. Verlötete Sicherungen können diese maximal bis ca. 200°C überstehen. Bei höheren Temperaturen löst die Sicherung aus, obwohl kein Kurzschluss vorhanden war. Vercrimpte Sicherungen benötigen hingegen einen höheren Platzbedarf als die kompakteren, verlöteten Sicherungen, so dass sich insbesondere bei kleineren Akkupacks ein Einbau von vercrimpten Sicherungen als schwierig erweist.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es, die oben genannten Nachteile zu verbessern und einen leistungsfähigen Akkupack für eine Handwerkzeugmaschine mit einer Sicherung bereitzustellen, welcher sicher und kompakt und dabei kostengünstig und einfach aufgebaut ist.
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Diese Aufgabe wird durch einen Akkupack gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Varianten und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein Akkupack für eine Handwerkzeugmaschine ein Akkupackgehäuse mit wenigstens einer ersten Gehäusekomponente und einer zweiten Gehäusekomponente umfasst. Das Akkupackgehäuse nimmt mindestens eine Akkuzelle und eine Akkupackelektronik mit Kontaktelementen zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen dem Akkupack und der Handwerkzeugmaschine auf. Zwischen der Akkupackelektronik und der Akkuzelle ist wenigstens eine Schmelzsicherung angeordnet, wobei die Schmelzsicherung einen Schmelzleiter und zumindest zwei Endkappen aufweist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Schmelzleiter mit den Endkappen insbesondere lötfrei vercrimpt ist. Auf diese Weise lässt sich die Schmelzsicherung kompakt herstellen und kann bei leistungsfähigeren Akkupacks eingebaut werden, ohne das eine Änderung der Akkugröße notwendig ist. Ferner ist die Schmelzsicherung wärmeunempfindlicher als gelötete Schmelzsicherungen, so dass diese auch bei leistungsfähigeren Akkupacks, die einen erhöhten Wärmeabgang haben, ohne Schwierigkeiten verbaut werden kann.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung weist die Akkupackelektronik wenigstens ein Aufnahmeelement auf, wobei das Aufnahmeelement ausgelegt ist, die Schmelzsicherung elektrisch und mechanisch zu kontaktieren.
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Bevorzugterweise nimmt das Aufnahmeelement die Schmelzsicherung lösbar auf. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Kontaktierung der Schmelzsicherung über das Aufnahmeelement als formschlüssige Schnappverbindung ausgelegt ist. Vorzugsweise umgreift das Aufnahmeelement die Schmelzsicherung federelastisch.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante weist der Akkupack einen Zellenhalter auf, wobei der Zellenhalter mindestens zwei Akkuzellen aufnimmt, wobei zwei oder mehr Akkuzellen durch Zellverbinder miteinander in einer Parallel- und/oder in einer Reihenschaltung verbunden sind; wobei das wenigstens eine Aufnahmeelement an dem Zellenhalter befestigt, insbesondere in den Zellenhalter integriert ist. Bevorzugterweise bildet der Zellenhalter zumindest bereichsweise eine Außenseite der ersten Gehäusekomponente und/oder der zweiten Gehäusekomponente des Akkupackgehäuses, wobei in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Zellenhalter die zweite Gehäusekomponente ausbildet. Auf diese Weise wird eine kostengünstige und robuste Struktur geschaffen, wodurch wiederum die empfindlichen Akkuzellen des Akkupacks geschont sowie die Lebensdauer und die Zuverlässigkeit des Akkupacks erhöht wird. Ferner kann das Risiko eines Kurzschlusses durch eine Beschädigung der Akkuzelle oder des Akkupacks vermindert und somit die Sicherheit beim Betrieb verbessert werden.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass die Endkappen jeweils eine Crimphülse zur Herstellung einer Crimpverbindung aufweisen. Vorteilhafterweise weist die Schmelzsicherung im wesentlichen die Form eines Zylinders auf, wobei der Zylinder eine Längsachse d und zwei Stirnflächen umfasst, wobei der Schmelzleiter im wesentlichen entlang der Längsachse d verläuft und wobei die Crimphülsen jeweils an den Stirnflächen angeordnet sind und in Richtung der Längsachse d beidseitig vom Zylinder abstehen. Dabei weisen die Crimphülsen vorzugsweise einen kleineren Durchmesser auf als die Endkappen der Schmelzsicherung.
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Der erfindungsgemäße Akkupack kann mit einer Handwerkzeugmaschine lösbar verbunden sein. Dementsprechend bildet eine Handwerkzeugmaschine, sofern sie mit einem erfindungsgemäßen Akkupack verbunden ist, einen weiteren Gegenstand der Erfindung. Der in der Handwerkzeugmaschine eingesetzte Akkupack dient dabei dem Antrieb der Handwerkzeugmaschine.
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Grundsätzlich können als Akkuzellen insbesondere Lithiumionenzellen verwendet werden, da es insbesondere bei Lithiumionenzellen möglich ist, mehrere Akkuzellen zu Akkuzellenblöcken zusammenzufassen, in denen mehrere Akkuzellen in einer Parallelschaltung verbunden sind. Dabei ist es besonders vorteilhaft, dass der Zellenhalter Akkuzellen mit verschiedenen Durchmessern und Längen aufnehmen kann, wodurch die Anwendung des Zellenhalters bzw. des Zellenträger in unterschiedlichen Akkupacks erreicht werden kann.
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Generell werden unter einer Handwerkzeugmaschine im Rahmen der Anmeldung sämtliche Handwerkzeugmaschinen mit einem in Rotation oder Translation versetzbaren Werkzeugträger, der direkt, über ein Getriebe oder über ein Planetengetriebe von einem Antriebsmotor antreibbar ist, wie beispielsweise Stabschrauber, Akku-Bohrer, Schlagbohrmaschinen, Multifunktionswerkzeuge, Sägen, Scheren, Schleifer und/ oder Bohrschrauber verstanden. Unter Übertragung elektrischer Energie soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass die Handwerkzeugmaschine über den Akkupack mit Energie versorgt wird.
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Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung, welche in den Figuren dargestellt sind. Dabei ist zu beachten, dass die dargestellten Merkmale nur einen beschreibenden Charakter haben und auch in Kombination mit Merkmalen anderer oben beschriebener Weiterentwicklungen verwendet werden können und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken.
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Zeichnungen
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei für gleiche Merkmale gleiche Bezugszeichen verwendet werden. Die Zeichnungen sind schematisch und zeigen:
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1 beispielhaft eine Ansicht einer Handwerkzeugmaschine mit einem erfindungsgemäßen Akkupack;
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2 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Akkupacks;
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3 eine Draufsicht auf den Akkupack aus 2;
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4 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen Akkupacks; und
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5 eine perspektivische Darstellung einer Schmelzsicherung mit Crimphülsen.
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Die 1 zeigt ein als Handwerkzeugmaschine 300 ausgebildetes Elektrogerät. Gemäß der dargestellten Ausführungsform ist die Handwerkzeugmaschine 300 zur netzunabhängigen Stromversorgung mechanisch und elektrisch mit dem Akkupack 100 verbindbar. In 1 ist die Handwerkzeugmaschine 300 beispielhaft als Akku-Bohrschrauber ausgebildet. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf Akku-Bohrschrauber beschränkt ist, sondern vielmehr bei unterschiedlichen Handwerkzeugmaschinen 300 Anwendung finden kann, welche mit einem Akkupack 100 betrieben werden. Die Handwerkzeugmaschine 300 weist einen Grundkörper 305, an welchem eine Werkzeugaufnahme 320 befestigt ist, sowie einen Handgriff 315 mit einer Schnittstelle 380 auf, an welchem eine korrespondierende Schnittstelle 180 eines erfindungsgemäßen Akkupacks 100, hier in verriegelter Stellung angeordnet ist. Der Akkupack 100 ist als Schiebeakkupack ausgebildet.
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Beim Anbringen des Akkupacks 100 an der Handwerkzeugmaschine 300 werden an der Handwerkzeugmaschine 300 vorgesehene Aufnahmemittel, z. B. Führungsnuten und Führungsrippen mit korrespondierenden Führungselementen 150 des Akkupacks 100 in Eingriff gebracht, wobei der Akkupack 100 in einer Schieberichtung y entlang der Aufnahmemittel des Handgriffs 315 eingeführt wird, und wobei der Akkupack 100 entlang einer unteren, im Wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung des Handgriffs 315 ausgerichteten Außenfläche 316 des Handgriffs 315 in die Akkupackaufnahme einer Handwerkzeugmaschine 300 geschoben wird. In der in der 1 gezeigten Position ist der Akkupack 100 an dem Handgriff 315 der Handwerkzeugmaschine 300 befestigt und durch Verriegelungsmittel verriegelt. Die Verriegelungsmittel umfassen unter anderem ein Verriegelungselement und ein Betätigungselement 220. Durch Betätigung des Betätigungsmittels 220 kann der Akkupack 100 von dem Handgriff 315 der Handwerkzeugmaschine 300 gelöst werden.
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Die 2 bis 4 zeigen einen erfindungsgemäßen Akkupack 100 für eine Handwerkzeugmaschine 300. Der Akkupack 100 weist ein Gehäuse 110 bestehend aus einer ersten Gehäusekomponente 120 und einer zweiten Gehäusekomponente 130 auf, wobei das Gehäuse zwischen der ersten Gehäusekomponente 120 und der zweiten Gehäusekomponente 130 zumindest eine, vorzugsweise und hier dargestellt eine Mehrzahl parallel oder seriell verschalteter Akkuzellen 400 aufnimmt. Die Akkuzellen 400 werden bevorzugterweise entweder mittels eines Zellhalters 600 oder mittels Papphülsen zur Isolation der Akkuzellen 400 untereinander zwischen den beiden Gehäusekomponenten 120, 130 positioniert. Der Akkupack 100 ist in der dargestellten Ausführungsvariante als Schiebeakkupack ausgebildet.
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Zum lösbaren Anbringen des Akkupacks 100 an einer Handwerkzeugmaschine 300 oder an einem Ladegerät weist der Akkupack 100 eine Schnittstelle 180 zur lösbaren mechanischen und elektrischen Verbindung mit einer korrespondierenden Schnittstelle 380 der Handwerkzeugmaschine 300 oder einer korrespondierenden Schnittstelle des Ladegerätes auf. Beim Anbringen des Akkupacks 100 werden Aufnahmemittel, z. B. Führungsnuten und Führungsrippen, der Handwerkzeugmaschine 300 oder des Ladegerätes zur Aufnahme der korrespondierenden Führungselemente 150 des Akkupacks 100 mit diesen in Eingriff gebracht, wobei der Akkupack 100 in einer Kontaktierungsrichtung y entlang der Aufnahmemittel eingeführt und die Schnittstelle 180 des Akkupacks 100 in die korrespondierende Schnittstelle 380 der Handwerkzeugmaschine 300 oder die korrespondierende Schnittstelle des Ladegerätes geschoben wird. Über die Schnittstellen 180, 380 kann der Akkupack 100 der Handwerkzeugmaschine 300 und/oder dem Ladegerät zugeordnet werden.
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Zum Verriegeln des Akkupacks 100 am Handgriff 315 wird der Akkupack 100 in einer Schieberichtung y entlang des Handgriffs 315 geschoben, und zwar entlang einer unteren, im Wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung des Handgriffs 315 ausgerichteten Außenfläche des Handgriffs 315. In der in der 1 gezeigten Position ist der Akkupack 100 durch Verriegelungsmittel 200 am Handgriff 315 verriegelt. Die Verriegelungsmittel 200 umfassen unter anderem ein nur schematisch angedeutetes Verriegelungselement 210 und ein Betätigungselement 220. Durch Betätigung des Betätigungsmittels 220 kann der Akkupack 100 von dem Handgriff 315 der Handwerkzeugmaschine 300 gelöst werden. Nach Entriegelung des Akkupacks 100 kann dieser vom Handgriff 315 getrennt werden, und zwar durch ein Schieben des Akkupacks 100 entgegen der Schieberichtung y entlang einer unteren Fläche des Handgriffs 315. Beim Anbringen des Akkupacks 100 an einer Handwerkzeugmaschine 300 wird das Verriegelungselement 210 in Eingriff mit einer nicht näher gezeigten korrespondierenden Aufnahme im Handgriff 315 der Handwerkzeugmaschine 300 gebracht.
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Wie in 3 zu erkennen ist, umfasst die Schnittstelle 180 außerdem Kontaktelemente 140 zur elektrischen Kontaktierung des Akkupacks 100 mit der Handwerkzeugmaschine 300 oder dem Ladegerät. Die Kontaktelemente 143 sind als Spannungskontaktelemente ausgebildet und dienen als Lade- und/oder Entladekontaktelemente. Die Kontaktelemente 144 sind als Signalkontaktelemente ausgebildet und dienen der Signalübertragung vom Akkupack 100 zu der Handwerkzeugmaschine 300 oder dem Ladegerät und/oder von der Handwerkzeugmaschine 300 oder dem Ladegerät zum Akkupack 100.
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4 zeigt einen Akkupack 100 in der Explosionsdarstellung. Hier ist deutlich zu erkennen, dass das Akkupackgehäuse 110 einen Zellenhalter 600 mit einer Mehrzahl in einer Reihenschaltung verschalteter Akkuzellen 400 aufweist. Die Verbindung der Akkuzellen untereinander wird über Zellverbinder 500 realisiert. Ferner ist zu erkennen, dass die einzelnen Akkuzellen 400 zur mechanischen Fixierung in dem Zellenhalter 600 beabstandet voneinander aufgenommen sind. Der Zellenhalter 600 dient neben der Fixierung der Akkuzellen 400 in dem Akkupackgehäuse 120, 130 auch der Kühlung der Akkuzellen 400 und besteht aus einem wärmeleitfähigen Material, beispielsweise Aluminium oder einem Kunststoff. Desweiteren weist der Zellenhalter 600 hülsenartige Isolierwandungen 610 auf, so dass die einzelnen Akkuzellen 400 separiert werden und eine elektrische Isolierung der einzelnen Akkuzellen 400 voneinander gewährleistet werden kann. Der Wärmeübergangswiderstand zwischen den benachbarten Akkuzellen 400 sowie zwischen den Akkuzellen 400 und dem Zellenhalter 600 ist dabei möglichst gering, so dass die von den Akkuzellen 400 erzeugte Verlustwärme gut nach außen abgeführt und eine Überhitzung des Akkupacks im Inneren verhindert werden kann. An der Oberfläche des Zellenhalters 600 ist innerhalb des Akkupackgehäuses 120, 130 eine Leiterplatine 810 einer Akkupackelektronik 800 befestigt. Ferner umfasst die Akkupackelektronik 800 die Kontaktelemente 140 zur Herstellung der elektrischen und mechanischen Verbindung zwischen dem Akkupack 100 und der Handwerkzeugmaschine 300 bzw. zwischen dem Akkupack 100 und dem Ladegerät. Die Verbindung zwischen der Akkupackelektronik 800 und dem Zellenhalter 600 wird durch nicht näher dargestellte Befestigungselemente gewährleistet.
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Mittels der Akkupackelektronik 800 kann u. a. der Ladezustand über die Spannung der einzelnen Akkuzellen 400 überwacht und mittels einer entsprechenden Regelung gesteuert werden. Ferner kann eine Einzelzellenüberwachung erfolgen, wobei einzelne Akkuzellen 400 mittels Kontaktzungen 730 beispielsweise über eine Lötverbindung direkt mit der Akkupackelektronik 800 verbunden sind, wobei die Akkupackelektronik 800 vorteilhafterweise entsprechende nicht dargestellte Anlötpads aufweisen kann. Somit kann beispielsweise anhand der Verbindung zwischen den Akkuzellen 400 und der Akkupackelektronik 800 festgestellt werden, ob alle Akkuzellen 400 vorschriftsmäßig geladen werden bzw. ob gegebenenfalls ein Ladestrom erreicht wird, den die Akkuzellen 400 nicht zu verkraften vermögen.
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Der Zellenhalter 600 weist einen mit einer Akkuzelle 400 verbindbaren Temperaturfühler auf, wobei sowohl ein Temperaturfühler für den gesamten Zellenhalter 600 oder jeweils ein Temperaturfühler für jede Akkuzelle 400 vorgesehen sein kann. Dabei kann der Temperaturfühler an dem Zellenhalter 600 befestigt sein. Desweiteren weist die Akkupackelektronik 800 eine Schmelzsicherung 910 auf. Dabei trennt die Schmelzsicherung 910 bei unsachgemäßer Behandlung des Akkupacks 100 wie beispielsweise bei einer zu hohen Stromentnahme oder bei einem externen Kurzschluss den Stromkreis. Die Schmelzsicherung 910 kann auch als Schaltelement dienen, welches bevorzugt mit dem Temperaturfühler verbunden ist und beispielsweise über die Akkupackelektronik 800 gesteuert werden kann. Durch eine Trennung des Stromkreises mit Hilfe der Schmelzsicherung 910 bei zu hoher gemessener Temperatur kann eine Überhitzung einzelner Akkuzellen 400 verhindert werden. Zur elektrischen Kontaktierung der Schmelzsicherung 910 weist die Akkupackelektronik 800 ein Aufnahmeelement 850 auf, wobei das Aufnahmeelement 850 auch dazu ausgelegt ist, die Schmelzsicherung 910 mechanisch aufzunehmen. In der in 4 dargestellten Ausführungsform ist das Aufnahmeelement 850 in den Zellenhalter 600 integriert.
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Wie in 5 im Detail dargestellt, weist die Schmelzsicherung 910 einen Schmelzleiter 912 und zwei Endkappen 914 auf, wobei der Schmelzleiter 912 in einer Schutzhülle 913 angeordnet ist und mit den Endkappen 914 lötfrei vercrimpt ist. Die Schmelzsicherung 910 ist im Wesentlichen zylinderförmig ausgestaltet und umfasst eine Längsachse d und zwei Stirnflächen 916, wobei der Schmelzleiter 912 im Wesentlichen entlang der Längsachse d verläuft. Die Endkappen 914 weisen jeweils eine Crimphülse 915 zur Herstellung der Crimpverbindung zwischen dem Schmelzleiter 912 und den beiden Endkappen 914 auf. Die Crimphülsen 915 sind jeweils an den Stirnflächen 916 angeordnet und stehen in Richtung der Längsachse d beidseitig vom Zylinder ab. Die Crimphülsen 915 weisen einen kleineren Durchmesser auf als die Endkappen 914 der Schmelzsicherung 910.
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Die Kontaktierung der Schmelzsicherung 910 mit dem Aufnahmeelement 850 ist vorzugsweise als formschlüssige Schnappverbindung ausgelegt, wobei das Aufnahmeelement 850 die Schmelzsicherung 910 im Bereich der Endkappen 914 federelastisch umgreift. Auf diese Weise kann eine einfache und lösbare Aufnahme der Schmelzsicherung 910 durch das Aufnahmeelement 850 gewährleistet werden.
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Neben den beschriebenen und abgebildeten Ausführungsformen sind weitere Ausführungsformen vorstellbar, welche weitere Abwandlungen sowie Kombinationen von Merkmalen umfassen können.
