AT507879A1

AT507879A1 - Beidseitig verriegelbares hochstromsteckverbindungssystem mit integrierter schaltfunktion

Info

Publication number: AT507879A1
Application number: AT1352009A
Authority: AT
Inventors: Eckhard Sauper
Original assignee: Sauper Eckhard Dipl Ing
Priority date: 2009-01-27
Filing date: 2009-01-27
Publication date: 2010-08-15
Also published as: AT507879B1

Description

Patentanmeldung:

Beidseitig verriegelbares Hochstromsteckverbindungssystem mit integrierter elektromechanischer Schaltfunktion

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf ein beidseitig verriegelbares Hochstromsteckverbindungssystem mit integrierter elektromechanischer Schaltfunktion.

Das erfindungsgemäße System soll überall dort zur Anwendung kommen, wo Hochstromverbindungen zwischen einem mobilen Gerät (Stecker) mit einer stationären Stromversorgungsstelle (Buchse) unter wenig Kraftaufwand sehr häufig geschlossen und wieder getrennt werden müssen und die Verbindung erst dann bespannt (Zuschalten der elektrischen Spannung) werden darf, wenn erstens oder zweitens sichergestellt ist, dass es sich um einen registrierten Nutzer handelt, was durch Codierung des Steckers festgestellt wird, und wenn zweitens oder erstens beim mobilen Gerät keine Fehler registriert werden, was durch Impedanzmessung oder ähnliches erfolgt. Weiters ist es eine wesentliche Funktion des Hodistromsteckverbindungssystems gemäß Erfindung sicherzustellen, dass nur eine befugte bzw. berechtigte Person und nur unter bestimmten Bedingungen (unbespannt) die Verbindung wieder gelöst werden kann, was durch ein entsprechendes Verriegelungssystem sichergestellt wird.

Ein oben genanntes Hochstromveibindungssystem wird unter anderen auch bei Stromtankstellen zur Ladung von Batterien von Elektrofahrzeugen eingesetzt werden. Zum besseren Verständnis wird hier der Einsatzbereich im Bereich der Elektromobilität erklärt. Elektrofahrzeuge werden in der Regel über das öffentliche Stromnetz mit elektrischer Energie „betankt“. Es gibt diesbezüglich noch keine standardisierten Stromtankstellen- bzw. Betankungssysteme, da weder Ladezeiten (z.B. zwischen 30 Minuten und 8 Stunden) noch Energiekapazität der Batterien (z.B. Reichweiten bis zu 300km und mehr) noch Batteriesysteme (z.B. Jonen Lithium) definiert werden können. Grundsätzlich können 4 Lösungen zur Betankung von Elektrofahrzeugen angeführt werde.

Erste Überlegung ist das automatische Austauschen von Batteriepaketen bei Tankstellen über Roboter und dä3 LäSen der Batteriepakete bei der Tankstelle. Zweite Überlegung ist die kontaktlose Übertragung über Spulen und hochfrequenten Strömen (z.B. Magne Charge von GM). Dritte Überlegung ist die Bereitstellung einer Tanksteileninfrastruktur mit bereits angeschlossenen Hochstromladekabeln und entsprechendem Stecker zum Elektrofahrzeug. Vierte Überlegung ist die Bereitstellung einer Tankstelleninfrastruktur mit entsprechenden HoChstromsteckem, an denen man ein mitgeffiRhBrÜhdSSbel sicher anschließen kann. Die hier beschriebene Erfindung kann unter anderem, die hier unter vierter und dritter Überlegung beschrieben Probleme lösen.

Moderne Stromtankstellen müssen hinsichtlich Verbindung zwischen Elektrofahrzeug und Stromtankstelle folgende Kriterien erfüllen: Selbstbedienung, geringster Kraftaufwand bei dar Herstellung der Verbindung, hohe Steckzyklen, Manipulationssicher (Stromdiebstahl), Ausgereifte Schutzelektronik zur Vermeidung elektrischer Unfälle, Stromfreischaltung, Verriegelung der Steckverbindung um

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Patentanmeldung: Beidseitig verriegelbares Hochstromsteckverbindungssystem mit integrierter elektromechanischer Schaltfimktion

unbefugtes Entfernen der Stecker oder Kabel zu verhindern. Wesentlich ist die Beherrschung von Spannungen bis zu 400 VAC und Ströme bis zu 63A

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde ein umfassendes beidseitig verriegelbares Hochstromsteckverfoindungssystem mit integrierter elektromechanischer Schaltfunktion so zu gestalten, dass zumindest alle diese Kriterien erfüllt werden.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß und in Figur 1 dargestellt dadurch, dass ein in der Elektrotechnik bekannter Schütz derart umgestaltet wird, dass dieser Teil der Buchse (1) des Hochstromverbindungssystems ist und dieser auch als Gehäuseeinbaugerät (8) gestaltet werden kann. Der Unterschied zum bekannten Schütz ist, dass die, in der Regel mit Schrauben versehenen Anschlußkontakte (11) am Schütz selbst an der geschalteten Seite fehlen und diese nun Bestandteil eines abnehmbaren Steckers (2) mit den entsprechenden Steckzungen (9) und den in der Regel mit Schrauben versehen Anschlußkontakten (10) sind.

Das erfindungsgemäße System (1), (2) garantiert hohe Steckzyklen und einen geringen Kraftaufwand beim Herstellen bzw. Trennen der Verbindung, was auch die Grundidee dieser Erfindung darstelltrHerkömmliche Industriestecker für hohe Stromstärken (z.B. 63A bei 400V) benötigen einen Kraftaufwand von mehren kp und sind meist nur mit entsprechenden Hebeln zu bedienen. Außerdem sind die Steckzyklen sehr gering und es muß sichergestellt sein, dass während Stecken und Trennen das System unbespannt ist.

Beim erfindungsgemäßen System ist das Einführen des Steckers (2) durch die eiIBJjn?Bll«nUui steefcerseitigen und als Konus ausgebildeten Führungsnasen (12) und die formgleichen buchsenseitigen Ausnehmungen (13) bzw. durch die buchsenseitigen und als Konus ausgebildeten Führungsnasen (6) und die formgleichen steckerseitigen Ausnehmungen (7) exakt und ohne Kraftanstrengung sehr leicht möglich. Beim Einführen des Steckers (2) wird mit den steckerseitigen Führungsnasen (12) zudem eine Schutzklappe (14) so bewegt, dass diese die Buchsenöffhungen (15) freigibt. Die Schutzklappe (14) verhindert das Eindringen von Schmutz und Feuchtigkeit und ist auch ein Berühnuigsschutz.

Das erfindungsgemäße System verwendet die Kraft des Magnetfeldes der Schützspule (3) zum einen für die buchsenseitige Verriegelung des Verbindungssystems (4) und zum anderen zur Erhöhung der Anpreßkräfte zwischen Buchsenkontakte (9) und Schaltkontakte (5), was beim Schalten hoher Stromstärken unbedingt notwendig ist. Das buchsenseitige Verriegelungssystem (Figur 6) funktioniert derart, dass zwei entsprechend angebrachte Riegel (4), welche am Schützantrieb (16) direkt gekoppelt sind, in die Ausnehmung (17) der steckerseitigen Führungsnasen (12) einrastet Durch entsprechende Formgebung der Nasen (12) und der Riegel (4) ist sichergestellt dass der Schütz nur schließen kann, wenn der Stecker (2) richtig eingeführt wurde und dass geringste unbeabsichtigte Steckerschräglagen beim Schließen des Schützes zurechtgerückt werden. Das buchsenseitige Verriegelungssystem verhindert zuverlässig ein unter Spannung stehendes Abziehen des Steckers.

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Die Buchse (1) des erfindungsgemäßen Systems besitzt weiters zwei buchsenseitige Führungsnasen (6), welche in die steckerseitigen Ausnehmungen (7) eingef&hrt werden. Hier befindet sich das steckerseitige Verriegelungssystem (Figur 7), bestehend aus steckerseitigem Riegel (18), der Ausnehmung (19) und dem steckerseitigen Entriegelungsmechanismus (20). Das Verriegelungssystem kann ein- oder beidseitig ausgeführt werden und sichert zum einen den korrekten Sitz des Steckers, bevor das buchsenseitige Verriegelungssystem in Kraft ist und verhindert zum anderen das unbefugte Entfernen bzw. das Herausfallen des Steckers bei entriegelter Buchse (1). Das steckerseitige Verriegelungssystem wird in der Regel elektrisch angesteuert und kann auch eine mechanische Obertragung auf den Riegel (18) auf weisen, damit dieses buchsenseitige Verriegelungssystem auch mit einem Schlüssel bedient werden kann.

Das erfindungsgemäße System ist mit einer thermischen Überwachung ausgerüstet. Dazu wird im Steckerkörper ein temperaturabhängiger Widerstand (z.B. PTC, PT100) oder ein temperaturabhängiger Halbleiter (26) eingebracht Über eine in der Buchse oder im Stecker integrierten Auswerteelektronik werden die Temperaturen entsprechend ausgewertet und, B5i TSmperaturüberhöhung, das System ausgeschaltet.

Die Verbindung zur Buchse wird nachfolgend erklärt Die thermische Überwachung kann auch im Buchsenteil (27) unterbracht werden. Damit ist auch sichergestellt, dass es in Folge von Verschmutzung oder in Folge anderer Umstände es zu keiner thermischen *** TJüS'tiHlndtiRgsgemäße System ist gemäß dieser Beschreibung 3 polig ausgeführt kann jedoch mit mehreren Hauptkontakten (9) -1 polig, 4 polig, Erdleiter- ausgeführt werden. Das erfmdungsgemäße System kann auch mit Hilfskontakten (21) ausgeführt sein. Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, dass eine steckerseitige Führungsnase (12) erforderliche Kontaktierungen (21) aufweisen kann, welche mit den in der buchsenseitigen Ausnehmung (13) angebrachten Schleif- oder Steckkontakten (22) verbunden werden können. Die Kontaktierungen können sowohl steckerseitig als auch buchsenseitig jeweils über die Führungsnasen und den entsprechenden Ausnehmungen realisiert werden. Diese Hilfskontakte können für die Hilfsspannungsversorgung und/oder für Bussysteme und/oder für die Temperaturüberwachung und/oder für die Identifizierung des Steckers (2) verwendet werden.

Eine Sonderform des erfindungemäßen Systems für die Identifizierung des Steckers (2) ist die Bestückung einer steckerseitigen Führungsnase (12) oder des Steckers selbst mit einem Transponderchip (23), welcher über den in der Buchse angebrachten Empfänger (24) ausgewertet werden kann.

Das erfindungsgemäße System kann auch mit einem sogenannten Rückstellsystem (25) z.B. für Rückstellen eines ausgelösten Schutzautomaten ausgerüstet werden. Das Rückstellsystem (25) wird in die buchsenseitige Ausnehmung (13) eingebracht und kann, durch erneutes Einstecken der Steckers mittels steckerseitiger Führungsnase (12) bewegt werden.

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Claims

Patentanmeldung: Beidseitig verriegelbares Hochstromsteckverbindungssystem mit integrierter elektromechanischer Schaltfunktion Patentansprache 1. ) Beidseitig verriegelbares Hochstromsteckverbindungssystem mit integrierter elektromechanischer Schaltfunktion gemäß Figur 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass ein in der Elektrotechnik bekannter 1-, 2- oder mehrpoliger Schütz derart umgestaltet wird, dass dieser Teil der Buchse (1) eines Hochstromverbindungssystems ist und dieser auch als Gehäuseeinbaugerät (8) gestaltet sein kann und dass die, in der Regel mit Schrauben versehenen Anschlußkontakte (10) am Schütz selbst an der geschalteten Seite fehlen und diese nun Bestandteil eines abnehmbaren Steckers (2) mit den entsprechenden Steckerkontakten (9) und den in der Regel mit Schrauben versehenen Anschlußkontakten (10) sind und damit eine Steckverbindung für höchste Steckzyklen vorliegt, welche ohne Kraftaufwand hergestellt und welche nach elektrischer Ansteuerung der Spule (5) mit hohem Kraftaufwand die Steckerkontakte (9) mit den Buchsenkontakten (1S) über die Schaltkontakte (5) leitend veri>indet und welche eine Trennung des Verbindungssystems im geschaltetem Zustand verhindert und welche den Stecker im ungeschalteten Zustand ohne Kraftaufwand wieder freigibt.
2. ) Beidseitig verriegelbares Hochstromsteckverbindungssystem gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Stecker (2) entsprechende steckerseitige und als Konus ausgebildete Führungsnasen (12) und die formgleichen buchsenseitigen Ausnehmungen (13) bzw. dass die Buchse (1) entsprechende buchsenseitige und als Konus ausgebildete Führungsnasen (6) und die formgleichen steckerseitigen Ausnehmungen (7) besitzt, wobei die steckerseitige Führungsnase beim Einführen des Steckers (2) in die Buchse (1) eine Schutzklappe (14), zur Verhinderung von Schmutz-und Feuchteeintritt und als Berührungsschutz so bewegt, dass diese die Buchsenöffnungen (15) freigibt.
3. ) Beidseitig verriegelbares Hochstromsteckverbindungssystem gemäß Anspruch 1 bis 2, dargestellt in Figur 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft des Magnetfeldes der Schützspule (3) für die buchsenseitige Verriegelung des Verbindungssystems verwendet wird, in dem zwei entsprechend angebrachte Riegel (4), welche am Schützantrieb (16) direkt gekoppelt sind, in die Ausnehmung (17) der steckerseitigen Führungsnasen (12) dann einrasten, wenn Stecker (2) handlungsgerecht in die Buchse (1) eingeführt sind und die Buchse entsprechend angesteuert wird, wobei durch die der Schütz nur schließen kann, wenn der Stecker (2) richtig eingeführt wurde und das» geringste unbeabsichtigte Steckerschräglagen beim Schließen des Schützes zurechtgerückt werden und dass bei einer geschalteten Buchse zuverlässig ein Abziehen des Steckers verhindert wird.
4.) Beidseitig verriegelbares Hochstromsteckverbindungssystem gemäß Anspruch 1 bis 3, dargestellt in Figur 7, dadurch gekennzeichnet, dass die buchsenseitigen Führungsnasen (6), welche in die steckerseitigen Ausnehmungen (7) eingeführt werden, wo sich das steckerseitige Verriegelungssystem, bestehend aus steckerseitigem Riegel (18), der Ausnehmung (19) und dem steckerseitig«) Entriegelungsmechanismus (20) befindet, welches ein- oder beidseitig ausgeführt sein kann und zum einen den korrekten Dipl. Ing. Eckhard Sauper - Wolfgang Paulistraße 4 - 9020 Klagenfurt Seite 10 1 1

• ♦ • «· ♦·· ··· • · · · ♦ • · · · · Patentanmeldung: Beidseitig verriegelbares Hochstromsteckverbindungssystem mit integrierter elektromechanischer Schaltfunktion Sitz des Steckers, bevor das buchsenseitige Verriegelungssystem in Kraft ist, sichert und zum anderen das unbefugte Entfernen bzw. das Herausfallen des Steckers bei entriegelter Buchse (1) verhindert und welches sowohl elektrisch als auch über ein mechanisches Schloßsystem entriegelt werden kann.
5.) Beidseitig verriegelbares Hochstromsteckverbindungssystem gemäß Anspruch 1 bis 4, dargestellt in Figur 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in Stecker (2) und/oder in Buchse (1) zur thermischen Überwachung ein temperaturabhängiger Widerstand (26) oder ein temperaturabhängiger Halbleiter (26) eingebracht ist und eine integrierte Auswerteelektronik die Temperaturen entsprechend ausgewertet und, bei Temperaturüberhöhung, das System abschaltet. 1 bis 5, dargestellt in Figur 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet dass sowohl über die steckerseitige Führungsnase (12) und den Kontaktierungen (21) und über die buchsenseitige Ausnehmung (13) und den angebrachten Schleif- oder Steckkontakten (22) Hilfsverbindungen für die Hilfsspannungsversorgung und/oder für Bussysteme upd/oder für die Temperaturüberwachung und/oder für die Identifizierung des Steckers (2), als auch gegebenenfalls auch über alle anderen Führungsnasen hergestellt werden können. 7.) Beidseitig verriegelbares Hochstromsteckverbindungssystem gemäß Anspruch 1 bis 6, dargestellt in Figur 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass für die Identifizierung des Steckers (2) eine steckerseitige Führungsnase (12) oder der Stecker selbst mit einem Transponderchip (23), welcher über den in der Buchse angebrachten Empfänger (24) ausgewertet werden kann, ausgerüstet werden kann.. 1 bis 7, dargestellt in Figur 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse mit einem sogenannten Rückstellsystem (25) z.B. für das Rückstellen eines ausgelösten Schutzautomaten ausgerüstet werden kann, wobei das Rückstellsystem (25) in der buchsenseitigen Ausnehmung (13) eingebracht ist und dieses durch Einstecken des Steckers mittels steckerseitiger Führungsnase (12) bewegt werden kann. Dipl. Ing. Eckhard Sauper - Wolfgang Paulistraße 4 - 9020 Klagenfurt Seite 11