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Die Erfindung betrifft ein Akkumulatorpaket mit einem Gehäuse, das ein erstes Gehäuseteil und mindestens ein zweites Gehäuseteil aufweist, wobei die Gehäuseteile wasserdicht und/oder staubdicht miteinander verbunden sind, mit einer Mehrzahl von Hohlräumen zur Aufnahme von Zellen im ersten Gehäuseteil, und mit einer Schnittstelle am zweiten Gehäuseteil, die zur mechanischen und elektrischen Kopplung mit einem externen Gerät ausgebildet ist, und mit einer Mehrzahl von Wärmeleitelementen zur passiven Kühlung an einer Außenoberfläche des Gehäuses.
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Ein derartiges Akkumulatorpaket ist aus der
US 2014/0272517 A1 bekannt.
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Wegen der Wärmeentwicklung beim Laden und Entladen von Akkumulatorzellen besteht insbesondere bei Akkumulatorpaketen mit relativ hoher Energiedichte das Bedürfnis, eine wirksame Kühlung bereitzustellen.
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Das eingangs genannte Akkumulatorpaket besteht aus einem ersten Gehäuseteil und aus einem zweiten Gehäuseteil, die dichtend miteinander verbindbar sind. Innerhalb des vom Gehäuse umschlossenen Raumes ist eine Mehrzahl von Akkumulatoren innerhalb einer Halterung in zylindrischen Hohlräumen nebeneinander aufgenommen. Innerhalb des Gehäuses ist eine Wärmesenke vorgesehen, die wenigstens einen Teil der Gehäusewände bildet und den inneren Hohlraum teilweise definiert, wobei die Wärmesenke eine erste Oberfläche aufweist, die mit dem inneren Hohlraum verbunden ist, sowie eine zweite Fläche, die mit einer Außenoberfläche des Akkumulatorpaketes in Verbindung steht. Die Wärmesenke besteht hierbei aus einem thermisch leitfähigen Material, während an der Außenoberfläche Kühlrippen zur Wärmeabgabe vorgesehen sind, die aus einem anderen Material, nämlich einem gut wärmeleitfähigen Metall, wie Aluminium, bestehen.
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Der Nachteil einer derartigen Anordnung besteht in der relativ komplizierten Herstellung und in dem durch das Metall erhöhten Gewicht.
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Aus der
WO 2014/079507 A1 ist ein weiteres Akkumulatorpaket bekannt, bei dem innerhalb eines Gehäuses ein Halter zur Aufnahme von Akkumulatorzellen angeordnet ist, die aus einem Metall oder einem thermisch leitfähigen Kunststoffmaterial besteht. Der Halter ist mit einer Wärmetauscheranordnung verbunden, so dass eine Wärmeleitung vom Halter zum Wärmetauscher ermöglicht ist, um eine passive Wärmeabgabe zu erlauben, wenn das Akkumulatorpaket entladen wird. Zusätzlich ist ein Lüfter vorgesehen, der zur aktiven Kühlung verwendet wird, wenn das Akkumulatorpaket geladen wird.
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Um eine Abdichtung des Akkumulatorpakets sicherzustellen, ist eine zusätzliche Umhüllung erforderlich, die aus einem Metall oder einem thermisch leitfähigen Kunststoff besteht.
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Ein derartiger Aufbau ist kompliziert und führt zu einem relativ hohen Gewicht der Gesamtanordnung.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Akkumulatorpaket in wasserdichter und/oder staubdichter Ausführung anzugeben, bei dem eine möglichst einfache und zuverlässige Kühlung gewährleistet ist. Vorzugsweise soll hierbei das Gewicht des Akkumulatorpakets so gering wie möglich gehalten werden.
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Diese Aufgabe wird bei einem Akkumulatorpaket gemäß der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das erste Gehäuseteil mit den Hohlräumen gemeinsam mit den Wärmeleitelementen einstückig aus einem wärmeleitfähigen Kunststoff ausgebildet ist.
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Die Aufgabe der Erfindung wird auf diese Weise gelöst.
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Da das erste Gehäuseteil, an dessen Außenoberfläche die Wärmeleitelemente zur passiven Kühlung vorgesehen sind, mit dem Hohlräumen zur Aufnahme der Zellen einstückig aus einem wärmeleitfähigen Kunststoff ausgebildet ist, ergibt sich ein sehr kompakter, leichter, platzsparender Aufbau mit guter Wärmeleitfähigkeit. Verluste an Grenzflächen zwischen benachbarten Teilen werden auf diese Weise vermieden. Infolge des einstückigen Aufbaus ergibt sich auch eine kostensparende Möglichkeit zur Herstellung des ersten Gehäuseteils als Spritzgussteil aus Kunststoff.
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Da die gesamten Seitenflächen des ersten Gehäuseteils als Wärmeleitelemente zur passiven Kühlung ausgebildet sein können, ergibt sich eine große Außenoberfläche und damit eine wirksame Kühlung.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das zweite Gehäuseteil als Deckelteil ausgebildet, das mit dem ersten Gehäuseteil dichtend verbunden ist.
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Auf diese Weise sind ein einfacher Aufbau und eine einfache Montage der Zellen innerhalb des Gehäuses ermöglicht. Ferner ist eine dichte Ausführung gewährleistet.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Schnittstelle am zweiten Gehäuseteil eine Führung und ein elektrisches Kupplungselement auf, die mit einer zugeordneten Gegenführung und mit einem Gegenkupplungselement eines externen Gerätes zusammenwirken, um eine mechanische Festlegung am externen Gerät und eine elektrische Verbindung mit dem externen Gerät in einer Koppelposition zu erlauben.
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Auf diese Weise kann das Akkumulatorpaket auf einfache Weise an ein externes Gerät, bspw. an ein Elektrowerkzeug, angekoppelt und daran festgelegt werden oder aber z.B. auf ein Ladegerät aufgeschoben werden.
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In zusätzlicher Weiterbildung dieser Ausführung ist am zweiten Gehäuseteil ein vorzugsweise federbelastetes Rastelement vorgesehen, das mit einer zugeordneten Rastaufnahme am externen Gerät zusammenwirkt, um eine lösbare Verrastung des Akkumulatorpakets in der Koppelposition am externen Gerät zu erlauben.
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Auf diese Weise werden eine einfache Festlegung an dem betreffenden externen Gerät in der Koppelposition und ein einfaches Lösen aus der Koppelposition ermöglicht.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist im zweiten Gehäuseteil eine Elektronik zur Überwachung des Ladezustands des Akkumulatorpakets vorgesehen.
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Auf diese Weise wird die Betriebssicherheit erhöht und die Lebensdauer des Akkumulatorpakets verlängert.
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Die im zweiten Gehäuseteil vorzugsweise vorgesehene Elektronik zur Überwachung des Ladezustands des Akkumulatorpakets ist vorzugsweise staub- und wasserdicht vergossen. Hierdurch wird eine hohe Ausfallsicherheit gewährleistet.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein drittes Gehäuseteil in Form eines Bodenteils dichtend mit dem ersten Gehäuseteil verbunden.
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Bei einer derartigen Ausgestaltung ergibt sich eine besonders einfache Herstellung und Montage des Akkumulatorpakets. Während das erste Gehäuseteil zur Aufnahme der Zellen und zur passiven Kühlung dient, erleichtert das dritte Gehäuseteil die Montage der Zellen. Es kann als Bodenteil relativ flach ausgebildet sein. Es kann nach dem Einsetzen der Zellen in die dazu vorgesehenen Hohlräume und einer Verschaltung der Zellen an ihrer Unterseite auf das erste Gehäuseteil aufgesetzt und gegenüber diesem abgedichtet werden.
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Wie vorstehend bereits erwähnt, ist das erste Gehäuseteil vorzugsweise als Spritzgussteil ausgebildet, an dessen Außenoberfläche die Wärmeleitelemente ausgebildet sind und in dem die Hohlräume zur Aufnahme der Zellen ausgebildet sind.
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Die Zellen können in die zugeordneten Hohlräume eingesteckt werden, verdrahtet werden und dann durch Abschließen mit dem Bodenteil und dem Deckelteil zu einer wasserdichten Einheit verbunden werden.
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Selbstverständlich können auch das zweite und ggf. dritte Gehäuseteil bevorzugt als Spritzgussteile ausgebildet sein.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Hohlräume zur Aufnahme der Zellen an ihrer Innenoberfläche mit Vorsprüngen, vorzugsweise in Form von Riefen oder Noppen, versehen.
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Auf diese Weise können Toleranzunterschiede zwischen den einzelnen Zellen ausgeglichen werden.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen benachbarten Gehäuseteilen jeweils ein durchgehendes Dichtungselement vorgesehen, das zwischen zugeordneten Randflächen der benachbarten Gehäuseteile gehalten ist.
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Auf diese Weise wird eine sichere Abdichtung zwischen den Gehäuseteilen gewährleistet.
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Die Wärmeleitelemente sind bevorzugt in Form von Kühlrippen ausgebildet, d.h. es gibt eine Folge von nach außen hervorstehenden Stegen, zwischen denen jeweils Nuten gebildet sind.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest an einem der Gehäuseteile ein Hohlraum zur Aufnahme von Gasen im Falle eines Defektes an mindestens einer Zelle vorgesehen.
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Sollten ein oder mehrere der Zellen defekt werden und zur Ausgasung führen, so kann auf diese Weise ein Austreten von Gasen an die Außenoberfläche vermieden werden. Dies trägt zu einer erhöhten Sicherheit bei.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Hohlräume zur Aufnahme der Zellen im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet, wobei die jeweiligen Zellen parallel zueinander angeordnet sind und an ihren Enden miteinander verschaltet sind.
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Auf diese Weise können typischerweise Stabzellen, die eine zylindrische Oberfläche aufweisen, verwendet werden und in geeigneter Weise miteinander verschaltet werden.
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Je nach Spannung und Kapazität des Akkumulatorpakets können die Zellen in unterschiedlichen Anordnungen in einer, zwei, drei oder auch vier oder mehr Reihen angeordnet sein. Dabei sind beliebige Anordnungen der Zellen bzw. Hohlräume zur Aufnahme der Zellen zueinander möglich, etwa in Form von geraden Reihen, in Lücken zueinander versetzt, rechteckig, in Rautenform oder in anderen Anordnungen denkbar.
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Vorzugsweise sind die jeweiligen Längsachsen der Hohlräume im Wesentlichen senkrecht zu den gegeneinander abgedichteten Randflächen zweier benachbarter Gehäuseteile angeordnet, bzw. senkrecht zur Führung am zweiten Gehäuseteil, die Teil der Schnittstelle ist.
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Eine derartige Anordnung bietet sich für eine günstige Montage an.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind zumindest am ersten Gehäuseteil Hohlräume zur Materialeinsparung vorgesehen, die vorzugsweise parallel zu den Zellen verlaufen.
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Auf diese Weise kann überflüssiges Material eingespart werden, was zur Kostenersparnis beiträgt (wärmeleitfähiger Kunststoff ist relativ teuer) und außerdem zu einer Gewichtsersparnis führt. Ferner wird die Herstellung durch Spritzgießen erleichtert.
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Unter einem „wärmeleitfähigen Kunststoff“ wird im Zuge dieser Anmeldung ein Kunststoff verstanden, der eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 1 W/mK (Watt pro (Meter mal Kelvin)), bevorzugt von mindestens 1,5 W/mK, besonders bevorzugt mindestens 2 W/mK aufweist. Üblicherweise für Gehäuse verwendeter „normaler“ Kunststoff hat typischerweise eine Wärmeleitfähigkeit von ca. 0,3 bis 0,4 W/mK.
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Bevorzugt wird ein derartiges Akkumulatorpaket in Verbindung mit einem Elektrowerkzeug eingesetzt. Zum Laden kann es mit seiner Schnittstelle unmittelbar auf ein Ladegerät aufgesetzt werden.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Akkumulatorpakets;
- 2 eine perspektivische Darstellung des Akkumulatorpakets gemäß 1 mit einem Längsschnitt;
- 3 eine perspektivische Darstellung des Akkumulatorpakets gemäß 1 mit einem Querschnitt;
- 4 eine abgewandelte Ausführung des Akkumulatorpakets gemäß 3 im Querschnitt;
- 5 einen Teilschnitt durch einen der Hohlräume zur Aufnahme einer Zelle in abgewandelter Ausführung, wobei an der Innenoberfläche zusätzlich Noppen vorgesehen sind und
- 6 eine Seitenansicht eines Elektrowerkzeugs mit einem daran aufgenommenen erfindungsgemäßen Akkumulatorpaket.
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In 1 ist ein erfindungsgemäßes Akkumulatorpaket perspektivisch dargestellt und insgesamt mit der Ziffer 10 bezeichnet.
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Das Akkumulatorpaket 10 weist ein insgesamt mit der Ziffer 12 bezeichnetes Gehäuse auf. Das Gehäuse besteht aus drei Teilen, nämlich aus einem ersten, zentralen Gehäuseteil 14, an dessen beiden einander gegenüberliegenden Längsseiten Wärmeleitelemente 30 ausgebildet sind, die als Kühlrippen gestaltet sind, sowie aus einem zweiten Gehäuseteil 16, das als Deckel ausgebildet ist, und einem dritten Gehäuseteil 18, das als Boden ausgebildet ist.
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Die Wärmeleitelemente 30 weisen eine Folge von vorzugsweise zueinander parallelen Stegen 31 auf, wobei zwischen benachbarten Stegen 31 jeweils Nuten 32 gebildet sind. Die Wärmeleitelemente 30 erstrecken sich möglichst weitgehend über die beiden einander gegenüberliegenden Längsseiten des ersten Gehäuseteils 14. Dies führt zu einer großen Wärmeaustauschfläche und somit zu einer guten passiven Kühlung.
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Um eine gute Wärmeableitung zu gewährleisten, besteht das erste Gehäuseteil 14 aus einem wärmeleitfähigen Kunststoff, der, wie nachfolgend noch näher erläutert wird, einstückig mit Hohlräumen 35 (2) ausgebildet ist, in dem Zellen 36 aufgenommen sind.
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Wie aus 3 zu ersehen ist, sind in dem Akkumulatorpaket insgesamt fünfzehn stabförmig ausgebildete Zellen 36 aufgenommen, die in zugeordneten zylindrischen Hohlräumen 35 gehalten sind, die sich über die gesamte Höhe des ersten Gehäuseteils 14 erstrecken.
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Es versteht sich, dass eine beliebige andere Anzahl und Anordnung von Hohlräumen 35 bzw. Zellen denkbar ist.
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Erfindungsgemäß ist das erste Gehäuseteil 14, wie insbesondere aus 3 zu ersehen ist, mit den Hohlräumen 35 zur Aufnahme der Zellen 36 und mit den Wärmeleitelementen 30 an der Außenoberfläche des ersten Gehäuseteils 14 einstückig ausgebildet und besteht aus einem gut wärmeleitfähigen Kunststoff.
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Durch eine derartige Ausgestaltung ergibt sich eine gute Wärmeabfuhr direkt von den Zellen 36 zur Außenoberfläche des Akkumulatorpakets 10. Verluste, die an Grenzflächen zwischen Teilen aus unterschiedlichen Materialien auftreten können, werden auf diese Weise vermieden. Außerdem ergibt sich ein sehr platzsparender, kompakter und leichter Aufbau.
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Das erste Gehäuseteil 14, welches der Aufnahme der Zellen 36 und der Wärmeabfuhr nach außen dient, ist an seiner Unterseite durch das dritte Gehäuseteil 18 abgeschlossen, welches im Wesentlichen als flaches Element ausgebildet ist. Um eine gute Abdichtung zwischen den zweiten und dem Gehäuseteil zu gewährleisten, ist ein flaches Dichtungselement 40 zwischen dem ersten Gehäuseteil 14 und dem dritten Gehäuseteil 18 angeordnet, das zwischen zugeordneten Randflächen 46 am ersten Gehäuseteil 14 und 44 am dritten Gehäuseteil 18 angeordnet ist (2).
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An der Oberseite ist das Akkumulatorpaket 10 durch das zweite Gehäuseteil 16 dichtend abgeschlossen. Am zweiten Gehäuseteil 16 ist eine insgesamt mit 20 bezeichnete Schnittstelle mit einem externen Gerät vorgesehen, die der mechanischen und elektrischen Verbindung mit dem externen Gerät dient.
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Bei dem externen Gerät kann es sich bspw. um ein Elektrowerkzeug 80 gemäß 6 oder um ein Ladegerät (nicht dargestellt) handeln. Es versteht sich, dass das Akkumulatorpaket 10 auch für beliebige andere tragbare akkumulatorbetriebene Geräte verwendet werden kann.
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Die Schnittstelle 20 umfasst eine geeignete Führung 22, die mit einer zugeordneten Führung am externen Gerät zusammenwirkt, so dass das Akkumulatorpaket entlang der Führung auf das externe Gerät aufgeschoben werden kann. Die Schnittstelle 20 umfasst ferner ein insgesamt mit 24 bezeichnetes Kupplungselement, das der elektrischen Verbindung mit dem externen Gerät dient. Hierzu sind Steckkontakte 26 (vgl. 1, 2) vorgesehen, die mit zugeordneten Kontakten am externen Gerät zusammenwirken, um eine elektrische Verbindung herzustellen.
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Um in einer Endstellung bzw. Koppelstellung eine mechanische Festlegung zu gewährleisten, umfasst die Schnittstelle 20 ferner einen Drücker 28, mittels dessen ein Rastelement 33 gegen die Kraft eines Federelementes 34 bewegbar ist (2). Das Rastelement 33 wirkt mit einer zugeordneten Rastaufnahme am externen Gerät 80 zusammen, um eine lösbare Verrastung des Akkumulatorpakets 10 in der Koppelposition am externen Gerät 80 zu erlauben. In der Koppelposition ist die elektrische Verbindung über das elektrische Kupplungselement 24 hergestellt und eine mechanische Sicherung durch das Rastelement 33 gewährleistet.
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Soll das Akkumulatorpaket 10 vom externen Gerät 80 abgenommen werden, so muss hierzu lediglich der Drücker 28 gedrückt werden, so dass dann ein Abziehen des Akkumulatorpakets 10 von der zugeordneten Führung des externen Geräts 80 ermöglicht ist.
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Aus 2 ist ferner ersichtlich, dass die Hohlräume 35, in denen die Zellen 36 aufgenommen sind, mit ihren Längsachsen 38 zueinander parallel angeordnet sind. Dabei stehen die Längsachsen 38 senkrecht zu einer Fläche 42, die etwa durch die einander gegenüberliegenden Randflächen 44, 46 des dritten Gehäuseteils 18 des ersten Gehäuseteils 14 aufgespannt ist oder die durch die Führung 22 am zweiten Gehäuseteil 16 definiert ist.
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Die Pole der Zellen 36 sind gemäß 2 in geeigneter Weise durch Kontaktlappen 54 (an der Unterseite) bzw. 56 (an der Oberseite) miteinander verschaltet. Zur elektrischen Verbindung mit dem Kupplungselement 24 dienen zugeordnete Anschlussdrähte 58 bzw. 60. Zur Durchführung des Anschlussdrahtes 60 von der Bodenseite her nach oben in das zweite Gehäuseteil 16 ist im ersten Gehäuseteil 14 ein Hohlraum 62 (2, 3) vorgesehen, durch den der Anschlussdraht 60 verläuft.
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Im zweiten Gehäuseteil 16 ist ferner noch eine Elektronik zur Überwachung des Ladezustands des Akkumulatorpakets 10 vorgesehen, die lediglich mit der Ziffer 61 angedeutet ist. Ferner besteht innerhalb des vom zweiten Gehäuseteil 16 umschlossenen Raums ein erheblicher verbleibender Hohlraum 52, der als Puffer zur Aufnahme von Gasen dienen kann, sofern eine oder mehrere der Zellen 36 im Defektfall Gase freisetzen sollte.
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Auch zwischen dem ersten Gehäuseteil 14 und dem zweiten Gehäuseteil 16 ist ein umlaufendes Dichtungselement vorgesehen, das lediglich mit der Ziffer 41 angedeutet ist. Das Dichtungselement 41 ist zwischen aneinander anliegenden Randflächen 48, 50 am zweiten Gehäuseteil 16 bzw. am ersten Gehäuseteil 14 vorgesehen.
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4 zeigt eine leicht abgewandelte Ausführung des ersten Gehäuseteils, die insgesamt mit 14a bezeichnet ist. Hierbei werden für entsprechende Teile entsprechende Bezugsziffern verwendet. Im Unterschied zu der Ausführung gemäß 3 sind zusätzlich zu den Hohlräumen 35 für die Zellen 36 weitere Hohlräume 64, 66 vorgesehen, die parallel zu den Hohlräumen 35 verlaufen und die zur Materialeinsparung vorgesehen sind. Diese Hohlräume 64, 66 sind derart angeordnet, dass hierdurch die Wärmeleitung von den Zellen 36 zu den Wärmeleitelementen 30 möglichst wenig beeinträchtigt wird.
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Durch diese Hohlräume 64, 66 kann Material eingespart werden, was einerseits der Kostenersparnis dient und andererseits eine erhebliche Gewichtsersparnis bedeutet.
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5 zeigt eine weitere Abwandlung der Hohlräume zur Aufnahme der Zellen 36. Ein grundsätzlich zylindrisch ausgebildeter Hohlraum ist hierbei mit 35a bezeichnet. An der Innenoberfläche 70 des Hohlraums 35a sind nach innen hin leicht hervorstehende Erhebungen 72 in Form von Noppen ausgebildet. Hierdurch können Toleranzunterschiede von Zellen 36 ausgeglichen werden, die in die Hohlräume 35a eingesetzt werden.
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6 zeigt ein zugeordnetes Elektrowerkzeug 80 mit einem pistolenförmigen Gehäuse 88, an dessen Handgriff am unteren Ende eine Schnittstelle 86 zur Verbindung mit der Schnittstelle 20 eines Akkumulatorpakets 10 vorgesehen ist. Das Akkumulatorpaket 10 ist auf die Schnittstelle 86 des Elektrowerkzeugs aufgeschoben und in der Koppelstellung verrastet. Am vorderen Ende des Elektrowerkzeugs 80 ist eine Werkzeugaufnahme 82 in Form eines Bohrfutters vorgesehen. Zur Betätigung dient ein Taster 84 nach der Art eines Pistolendrückers.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2014/0272517 A1 [0002]
- WO 2014/079507 A1 [0006]
