AT520449A4 - Komponente für eine Ladeeinrichtung und Ladeeinrichtung hiermit - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine erste Komponente (1) einer Ladeeinrichtung zum elektrischen Energieaustausch eines Objektes mit einem Akkumulator, insbesondere zum Laden eines 5 Akkumulators, beispielsweise eines Akkumulators eines Elektrofahrzeuges, aufweisend ein Kontaktierungselement (2), wobei das Kontaktierungselement (2) mit einem Kopplungselement einer zweiten Komponente zur Herstellung einer elektrischen Verbindung verbindbar ist. Erfindungsgemäß sind eine Basis (5) und ein auf dieser angeordneter Arm (6) vorgesehen, wobei der Arm (6) um und/oder entlang mehrerer 10 Achsen beweglich auf der Basis (5) gelagert ist, um das Kontaktierungselement (2) zum Kopplungselement zu führen. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Ladeeinrichtung mit einer derartigen Komponente sowie einer zweiten Komponente mit einem Einrastelement, wobei eine der Komponenten 15 (1) ortsfest fixiert ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Verwendung einer ersten Komponente (1) sowie ein Verfahren zum elektrischen Laden einer Einrichtung.

Description

Komponente für eine Ladeeinrichtung und Ladeeinrichtung hiermit

Die Erfindung betrifft eine erste Komponente einer Ladeeinrichtung zum elektrischen Energieaustausch eines Objektes mit einem Akkumulator, insbesondere zum Laden eines Akkumulators, beispielsweise eines Akkumulators eines Elektrofahrzeuges, aufweisend ein Kontaktierungselement, wobei das Kontaktierungselement mit einem Kopplungselement einer zweiten Komponente zur Herstellung einer elektrischen Verbindung verbindbar ist.

Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Ladeeinrichtung zum Laden einer Einrichtung, insbesondere einer beweglichen Einrichtung wie eines Elektrofahrzeuges, mit einer derartigen ersten Komponente.

Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Verwendung einer derartigen ersten Komponente oder einer Ladeeinrichtung.

Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zum elektrischen Laden einer Einrichtung, insbesondere einer beweglichen Einrichtung wie eines Elektrofahrzeuges, wobei die Einrichtung zum Laden positioniert wird, wonach eine elektrische Verbindung mit einer Spannungsquelle erfolgt, um einen Akkumulator der Einrichtung zu laden.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedenste Ladevorrichtungen zum Laden von Akkumulatoren bekannt geworden. Neben den aus dem Haushaltsbereich wohlbekannten Ladegeräten, die relativ klein dimensioniert sind, sind auch wesentlich größere Ladestationen bekannt geworden, die insbesondere im Bereich von Elektrofahrzeugen eingesetzt werden. Aufgrund eines zunehmenden relativen Anteils von Elektrofahrzeugen im Fahrzeugmarkt ist damit zu rechnen, dass eine höhere örtliche Verfügbarkeit von Ladestationen erforderlich werden wird.

Bereits heute sind Parkplätze teilweise mit elektrischem Anschluss zum Laden eines Elektrofahrzeuges während einer Parkphase ausgestattet. Zukünftig könnte es notwendig werden, dass jeder einzelne Stellplatz eines Parkplatzes eine Ladeeinrichtung für ein Elektrofahrzeug aufweist.

Dabei kann es notwendig werden, dass ein Laden benutzerunabhängig bzw. automatisiert durchgeführt werden kann. Dies trifft vor allem auch dann zu, wenn ein Laden mit hoher Leistung gewünscht ist. Bereits heute sind Ladeleistungen von bis zu 800 kW angedacht. Solche Ladeleistungen können realisiert werden, setzen allerdings Kabel mit großen Durchmessern voraus, die schwer und daher durch einen Benutzer nur mit entsprechendem Aufwand handhabbar sind.

Die im vorstehenden Absatz angesprochenen Anforderungen eines automatisierten Ladevorganges ergeben sich insbesondere auch bei einem autonomen Betrieb von Fahrzeugen, die selbsttätig fahren, aber unabhängig vom Benutzer möglichst immer im betriebsbereiten Zustand zur Verfügung stellen sollen, beispielsweise für Car-sharing.

Bei den aktuellen Ladeeinrichtungen bzw. Ladestationen für Elektrofahrzeuge ist ein manueller Eingriff erforderlich. Dies bedeutet, dass der Benutzer selbst für eine elektrische Verbindung einer Ladeeinrichtung mit dem Elektrofahrzeug sorgen muss. Wesentlich effizienter wäre es allerdings, wenn beispielsweise bei Abstellen eines Elektrofahrzeuges auf einem Stellplatz eines Parkplatzes jederzeit eine automatische Verbindung zu einer Spannungsquelle erfolgen könnte, sodass der oder die Akkumulatoren des Elektrofahrzeuges geladen werden können bzw. allgemein Energie ausgetauscht werden kann, wenn Energie rückgespeist werden soll.

Aus der WO 2016/119000 A1 ist eine Ladeeinrichtung bekannt geworden, welche einer Forderung nach einem möglichen automatisierten Laden bereits teilweise Rechnung trägt. Die entsprechende Ladeeinrichtung ist zweiteilig aufgebaut. Die Ladeeinrichtung umfasst eine ortsfeste, bodenseitig angeordnete erste Komponente, welche einen konisch geformten Stecker aufweist, der bewegbar ist. Eine zweite Komponente ist an einem Elektrofahrzeug befestigt, vorzugsweise am Unterboden. Diese zweite Komponente umfasst eine Platte mit einer Vielzahl von im Wesentlichen dem Stecker entsprechenden konischen Aufnahmen. Parkt ein Elektrofahrzeug mit einer derartigen zweiten Komponente nun auf einem mit der ersten Komponente bestückten Stellplatz, kann die erste Komponente ausgefahren und mit der zweiten Komponente verbunden werden. Dabei ist aufgrund der komplementären konischen Ausbildungen und der Vielzahl von möglichen Kontaktierungsmöglichkeiten an der Platte an der Unterseite des Elektrofahrzeuges ein automatischer Formschluss und damit die Herstellung einer elektrischen Verbindung möglich. Nachteilig dabei ist allerdings, dass die Platte an der Unterseite des Elektrofahrzeuges relativ groß dimensioniert werden muss, damit eine elektrische Verbindung auch dann hergestellt werden kann, wenn das Elektrofahrzeug nicht exakt über der ersten Komponente abgestellt ist. Für einen größeren Toleranzbereich bzw. die Möglichkeit eines Ladens auch bei ungenauer Abstellung des Elektrofahrzeuges ist somit der Nachteil eines fahrzeugmäßig relativ schweren Moduls bzw. einer großen Platte in Kauf zu nehmen.

Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine erste Komponente bereitzustellen, welche den vorstehend erläuterten Nachteil beseitigt.

Ein weiteres Ziel ist es, eine Ladeeinrichtung mit einer derartigen Komponente anzugeben.

Ein weiteres Ziel ist es, eine Verwendung einer ersten Komponente der eingangs genannten Art sowie einer Ladeeinrichtung anzugeben.

Schließlich ist es Ziel der Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass mit einem relativ einfachen Aufbau ein Laden eines Elektrofahrzeuges ermöglicht wird.

Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst, wenn bei einer ersten Komponente der eingangs genannten Art eine Basis und ein auf dieser angeordneter Arm vorgesehen sind, wobei der Arm um und/oder entlang mehrerer Achsen beweglich auf der Basis gelagert ist, um das Kontaktierungselement zum Kopplungselement zu führen.

Ein mit der Erfindung erzielter Vorteil ist insbesondere darin zu sehen, dass aufgrund der getroffenen Ausbildung mit einer Basis und einem darauf angeordneten Arm, der um und/oder entlang mehrerer Achsen beweglich gelagert ist, das Kontaktierungselement mit mehr Freiheitsgraden als bisher verfahrbar ist, was es erlaubt, die zweite Komponente mit wenigen oder auch nur einem Kontaktierungselement auszubilden. Die zweite Komponente kann daher platz- und gewichtsmäßig minimiert werden. Dabei ist die erste Komponente in der Regel ortsfest montiert, beispielweise auf einem Parkplatz, wohingegen die zweite Komponente an einem Elektrofahrzeug positioniert ist. Es ist aber auch möglich, dass diese Einbausituation umgekehrt ist, also die erste Komponente mit dem Arm an einem Fahrzeug befestigt ist, wohingegen die zweite Komponente ortsfest auf einem Stellplatz bereitgestellt wird. Die relative Anordnung kann beliebig gewählt werden, beispielsweise kann die zweite Komponente seitlich an einem Elektrofahrzeug befestigt sein; der Arm der ersten Komponente fährt dann beim Laden seitlich zum Kopplungselement der zweiten Komponente. Besonders bevorzugt ist jedoch eine Konstellation bzw. Einbausituation, in welcher die erste Komponente ortsfest auf einem Stellplatz montiert und die zweite Komponente an einem Elektrofahrzeug am bzw. im Bereich des Unterbodens angebracht ist. Das Elektrofahrzeug kann dann auf einem Stellplatz abgestellt werden und es kann ein Laden von der Bodenseite her erfolgen. Dies bringt den Vorteil, dass die erste Komponente beim Laden gleichzeitig vor Witterungseinflüssen weitgehend geschützt ist.

Zur erforderlichen Bewegbarkeit des Armes mit dem Kontaktierungselement ist es zweckmäßig, wenn der Arm horizontal schwenkbar auf der Basis gelagert ist. Der Arm kann dann in einer Ebene gedreht werden, die in der Regel parallel zum Boden verläuft. Eine erste Schwenkachse verläuft dann vertikal zur Basis. Grundsätzlich kann dabei vorgesehen sein, dass die erste Schwenkachse eine vollständige Rotation des Armes um die Basis erlaubt, die Schwenkbarkeit also einen Winkel von 360° abdeckt. Für praktische Zwecke ist es allerdings völlig ausreichend, wenn der entsprechende Schwenkbereich von -90° bis +90°, bevorzugt von -60° bis +60°, verläuft. Dadurch ist gewährleistet, dass der Arm eine Positionierungsungenauigkeit beim Abstellen eines Elektrofahrzeuges entlang eines ausreichenden Kreisbogens kompensieren kann.

Der Schwenkbereich des Armes kann wie vorstehend beschrieben symmetrisch zu einer Ausgangsposition des Armes ausgebildet sein. Insbesondere wenn ein Antrieb für die Linearbewegung des Armes oder zumindest Teilen davon vorgesehen ist, kann der Arm aus Gründen einer niedrigen Bauweise neben diesem Antrieb, vorzugsweise auf gleicher Höhe, angeordnet sein. Der Arm liegt dann auf gleicher Höhe, aber neben dem Linearantrieb. In diesem Fall kann der Arm in Bezug die Ausgangsposition auch mit einem asymmetrischen Schwenkbereich ausgebildet sein. Es ist dann zweckmäßig, wenn der Arm in der Richtung zum Antrieb hin weiter, beispielsweise bis zu -50°, und in der entgegengesetzten Richtung weniger weit, beispielsweise bis zu 30°, schwenkbar ist.

Neben der Schwenkbarkeit um die erste Schwenkachse ist bevorzugt des Weiteren vorgesehen, dass der Arm gesamt oder zumindest teilweise längsverschiebbar ist. Durch eine entsprechende zusätzliche Verschiebbarkeit auf der Basis und/oder relativ zu dieser kann in Kombination mit der Schwenkbarkeit um die erste Schwenkachse ein noch größerer Bereich abgedeckt werden. Mit anderen Worten: Das Kontaktierungselement kann in einem großen Flächenbereich erreicht werden. Ein Toleranzbereich beim Parken bzw. Abstellen eines Elektrofahrzeuges ist dadurch erhöht, weil eine allfällig größere Distanz zwischen Kontaktierungselement und Kopplungselement durch die Linearbewegung des Armes oder eines Teiles davon überbrückbar ist.

Der Arm kann komplett verschiebbar gelagert sein. Beispielsweise kann der Arm mithilfe eines Motors entlang einer Geraden bewegt werden. Möglich ist es aber auch, dass der Arm als Teleskoparm ausgebildet ist. Ein erstes Ende des Armes bleibt dann im Betrieb in Bezug auf die Linearbewegung ortsfest, wohingegen das zweite Ende mit dem Kontaktierungselement linear ausgefahren wird. Ebenso ist es möglich, dass nur ein Teilabschnitt des Armes linear beweglich ausgebildet ist. Bei einer solchen Ausführungsvariante können Schwenkbewegungen über einen ersten Teilabschnitt eingeleitet werden und die Linearverschiebbarkeit übereinen zweiten Teilabschnitt, der mit dem ersten Teilabschnitt starr mitdreht. Bei allen Ausführungsvarianten liegt letztlich der Fokus darauf, dass sich das Kontaktierungselement über die Schwenkbewegungen und eine lineare Verschiebung in eine geeignete Position zur Verbindung mit dem Kopplungselement bringen lässt. Der Arm ist somit so ausgebildet, dass sich diese verschiedenen Bewegungen insbesondere unmittelbar auf die Position des Kontaktierungselementes auswirken.

Mit Vorteil ist ein erster Antrieb vorgesehen, mit dem der Arm linear verschiebbar ist. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen Motor handeln, welcher über eine Spindel für eine lineare Verschiebbarkeit des Armes sorgt. Auch andere Ausbildungsformen sind möglich, beispielsweise ein Motor mit einem Getriebe, welches in eine Zahnstange eingreift, um den Arm zu bewegen. Auch ein Antrieb über einen Zahnriemen ist möglich; alternativ kann auch ein Servomotor hierfür eingesetzt werden. Grundsätzlich ist jedes Mittel geeignet, das den gewünschten Linearvortrieb des Armes oder eines Teiles davon bewirken kann.

Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass der Arm um eine zweite Schwenkachse vertikal schwenkbar auf der Basis gelagert ist. Eine entsprechende Lagerung um eine zweite Schwenkachse ist zweckmäßig, um das Kontaktierungselement auf dem Arm auf einfache Weise heben und senken zu können. Durch die Schwenkbarkeit um die erste Schwenkachse in Kombination mit der linearen Verschiebbarkeit des Armes kann das Kontaktierungselement im Bereich eines Kopplungselementes einer zweiten Komponente positioniert werden. Zur höhenmäßigen Überbrückung könnte zwar grundsätzlich auch vorgesehen sein, dass dann ein gesondert bewegbarer Teil des Armes geradlinig in die Höhe verfahren wird, über eine Schwenkbewegung des Armes lässt sich allerdings bei ausreichender Stabilität die erforderliche Distanzüberbrückung mit einfachen Mitteln erreichen.

In diesem Zusammenhang kann vorgesehen sein, dass ein zweiter Antrieb zum vertikalen Schwenken des Armes vorgesehen ist. Der zweite Antrieb kann einen Elektromotor umfassen. Der Elektromotor kann ein Stellmittel antreiben, welches den Arm hebt oder senkt.

Des Weiteren ist es zweckmäßig, dass ein dritter Antrieb zum horizontalen Schwenken des Armes auf der Basis vorgesehen ist. Somit sind in einer bevorzugten Ausführungsform drei Antriebe vorgesehen, über welche der Arm um bzw. entlang mehrerer Achsen schwenkbar und verfahrbar ist. Hierbei kann insbesondere auch vorgesehen sein, dass alle Bewegungsarten beid- bzw. endseitig durch Hall-Sensoren begrenzt werden, welche durch einen entsprechend platzierten Permanentmagneten betätigt werden. Damit erhöht sich eine Zuverlässigkeit gegenüber mechanischen Endtastern deutlich. Alternativ und/oder ergänzend kann auch über induktive Geber oder andere geeignete Mittel eine entsprechende Position ermittelt werden. Speziell für eine Schwenkbewegung kann auch ein weiterer Sensor vorgesehen sein, der eine Mittenposition des Armes ermittelt, also eine Position, in welcher der Arm nicht geschwenkt ist bzw. gerade steht, was zuvor als Ausgangsposition bezeichnet wurde.

Wenn der Arm um die zweite Schwenkachse geschwenkt wird, wofür in der Regel eine Schwenkbewegung von der Basis nach oben bis zu maximal 60° ausreichend ist, wird auch das vorzugsweise endseitig am Arm montierte Kontaktierungselement mitbewegt, was letztlich auch Zweck der Bewegung des Armes ist. Damit das Kontaktierungselement bei dieser Schwenkbewegung in einer Position bleibt, in welcher dieses mit dem Kopplungselement einer zweiten Komponenten Zusammenwirken kann, ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Arm in mehrere Abschnitte unterteilt ist, wobei bei einer Hub- oder Senkbewegung des Armes ein erster Abschnitt selbsttätig in einer im Wesentlichen horizontalen Position verbleibt. Hierbei ist das Kontaktierungselement im Bereich des oder am ersten Abschnitt angeordnet. Bei einer Schwenkbewegung um die zweite Schwenkachse wird der Arm beispielsweise nach oben geschwenkt und einer Unterseite eines Elektrofahrzeuges zugeführt, der erste Abschnitt mit dem Kontaktierungselement bleibt dabei allerdings im Wesentlichen in einer horizontalen Position. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der erste Abschnitt entsprechend mechanisch mit dem ersten Abschnitt gekoppelt ist. Dies ist insofern von Vorteil, als die horizontale Ausrichtung des Kontaktierungselementes dabei automatisch mit der Schwenkbewegung um die zweite Schwenkachse einhergeht. Im Speziellen kann hierfür eine annäherende Parallelogrammführung des ersten Abschnittes über einen der weiteren Abschnitte vorgesehen sein. Der Neigungswinkel des ersten Abschnittes kann dann bei Heben oder Senken des Armes konstant gehalten werden. Hierfür wird bewusst von einer exakten Parallelogrammführung abgewichen, sodass der erste Abschnitt mit dem Kontaktierungselement an sich etwas schräg gestellt werden würde, was allerdings durch dessen Eigengewicht samt Gewicht des Kontaktierungselementes sowie durch ein Spiel von Befestigungskomponenten wie Bolzen und/oder Schrauben so kompensiert wird, dass der erste Abschnitt und damit auch das Kontaktierungselement horizontal gehalten bleibt.

Die erste Komponente weist den Vorteil auf, dass diese nicht nur einen weiten Bereich überstreichen kann, sondern im inaktiven Zustand auch besonders niedrig baut, vorzugsweise mit einer Höhe von weniger als 7,0 cm. Die erste Komponente kann dabei ortsfest montiert sein. Beispielsweise ist es möglich, dass die erste Komponente in einem Boden eingelassen ist. Dabei kann auch ein bündiger Abschluss mit dem umgebenden Boden vorgesehen sein. Ein bündiger Abschluss lässt sich mit einer Bodenplatte erreichen, die auf Höhe der Umgebung abschließt, allerdings bei und/oder für einen Einsatz der dann darunter befindlichen ersten Komponente bewegbar gelagert ist. Die Bodenplatte kann beispielsweise zur Seite hin verschiebbar gelagert sein. Eine besonders platzsparende und daher auch elegante Lösung ergibt sich, wenn die Bewegung der Bodenplatte mit einer Bewegung der ersten Komponente abgestimmt oder gekoppelt ist.

Hierfür kann ein weiterer, vierter Antrieb vorgesehen sein, welcher die Bodenplatte anhebt, sodass die erste Komponente ausgefahren werden kann. Mit Vorteil wird die Bodenplatte an mehreren Stellen gleichzeitig angehoben, sodass seitliche Reibungskräfte im Anschlussbereich beim Heben der Bodenplatte, aber auch beim Senken in die bündig abschließende Position möglichst reduziert sind. Dies lässt sich zum Beispiel über einen Spindeltrieb erreichen, aber auch andere geeignete Hub- und Senkmittel wie pneumatische oder hydraulische Hub- und Senkeinrichtungen können grundsätzlich eingesetzt werden.

Die Basis ist üblicherweise ortsfest montiert. Die Basis kann zumindest eine Öffnung aufweisen, durch welche zumindest ein Kabel führbar ist, sodass eine elektrisch leitende Verbindung zum Kontaktierungselement hin bzw. von diesem weg möglich ist, wenn die erste Komponente mit anderen Einheiten eines Stromnetzes in Verbindung steht. Wenn auf der Basis ein Drehteller befestigt ist, welcher die Antriebe und den Arm trägt und eine horizontale Schwenkbewegung ermöglicht, dann weist dieser Drehteller mit Vorteil ebenfalls eine Öffnung zur Durchführung bzw. Führung eines Kabels auf. Zweckmäßigerweise liegt die Öffnung dann auf bzw. um den Drehpunkt, sodass die Schwenkbewegung trotz durch geführtem Kabel ohne Weiteres möglich ist.

Zweckmäßigerweise ist die erste Komponente mit einem ersten Gehäuse ausgebildet, damit im inaktiven Zustand ein Schutz gegeben ist, insbesondere für das Kontaktierungselement, über welches letztlich eine elektrische Verbindung herzustellen ist. Das Gehäuse kann dabei die gesamte Komponente oder auch nur Teile davon abdecken. Um das erste Gehäuse für einen aktiven Zustand relativ einfach öffnen zu können, ist mit Vorteil vorgesehen, dass eine Bewegung des Armes zu einem Aufklappen des Gehäuses führt. Wird der Arm eingefahren, führt dies umgekehrt zu einem Einklappen des Gehäuses. Durch die entsprechende mechanische Kopplung sind keine zusätzlichen Antriebe für das Öffnen und Schließen des ersten Gehäuses zwingend erforderlich. Dies kann beispielsweise realisiert werden, indem das Gehäuse nur gegen eine vorbestimmte Kraft geöffnet werden kann, welche der Arm jedenfalls ausüben kann. Ein möglicher Mechanismus hierfür ist durch eine entsprechende Federbelastung gegeben. Grundsätzlich wäre es allerdings auch möglich, das erste Gehäuse so zu gestalten, dass dieses bei einer bodenseitigen Befestigung der ersten Komponente bei Einfahren des Armes aufgrund der Schwerkraft wieder selbsttätig miteinfährt und entgegen der Schwerkraft geöffnet werden kann. Dies erfordert allerdings eine massivere Ausbildung des Gehäuses. Allgemein ist jedoch eine vorteilhafte Ausbildung immer dann gegeben, wenn das erste Gehäuse bei Betätigung des Armes entgegen einer Haltekraft selbsttätig öffenbar ist. Wenn die Haltekraft durch eine Feder ausgeübt wird, kann das erste Gehäuse mit zumindest einer Feder in Verbindung stehen, welche das erste Gehäuse in geschlossenem Zustand hält, allerdings im komplett offenen Zustand das erste Gehäuse ebenfalls hält. Die Feder ist hierfür entsprechend ausgelegt und positioniert. Grundsätzlich können aber auch mehrere Federn für eine derartige Funktionalität vorgesehen sein.

Das weitere Ziel der Erfindung wird erreicht, wenn bei einer Ladeeinrichtung der eingangs genannten Art die erste Komponente erfindungsgemäß ausgebildet ist und eine zweite Komponente mit einem Kopplungselement vorgesehen ist, wobei eine der Komponenten ortsfest fixiert ist.

Eine entsprechende Ladeeinrichtung bringt insbesondere den Vorteil, dass die zweite Komponente, die üblicherweise fahrzeugseitig montiert ist, relativ klein und mit geringem Gewicht ausgebildet sein kann. Dadurch wird auch der Vorteil erreicht, dass ein Betrieb eines Elektrofahrzeuges in Bezug auf einen Stromverbrauch kostengünstiger ist. Die Ladeeinrichtung erlaubt insbesondere ein automatisches Laden, wie dieses bei einem autonomen Fahren erforderlich ist. Auch für andere Einsatzgebiete wie Fahrzeugflotten oder Car-Sharing bietet sich eine erfindungsgemäße Ladeeinrichtung an.

Die Ladeeinrichtung ist mit Vorteil so ausgebildet, dass das Kontaktierungselement mit dem Arm selbstständig zentrierbar in das Kopplungselement einführbar ist. Das Kontaktierungselement der ersten Komponente kann beispielsweise als Stecker ausgebildet sein. Das Kopplungselement der zweiten Komponente ist dann als korrespondierende Aufnahme ausgebildet. Hierbei ist eine strukturelle Ausbildung der beiden Elemente gemäß der WO 2016/119001 A1, deren Offenbarung hiermit insbesondere in Bezug auf die Ausbildung der Steckverbindung vollinhaltlich einbezogen wird, bevorzugt. Möglich ist allerdings auch eine umgekehrte Ausbildung, da es auf die exakte Position des Steckers nicht ankommt. Da allerdings der Arm in der Regel mit Antrieben zusammenwirkt ist und somit über den Arm eine Kraft ausgeübt werden kann, erweist es sich als zweckmäßig, wenn bei einer Ausbildung mit einem Stecker und einer korrespondierenden Aufnahme der Stecker als Kontaktierungselement am Arm befestigt ist. Darüber hinaus ergibt sich dadurch auch der Vorteil, dass die zweite Komponente im Wesentlichen als Passivkomponente ausgebildet sein kann. Insbesondere ist es nicht erforderlich, über die zweite Komponente eine Kraft auszuüben.

Wenn das Kopplungselement als Stecker ausgebildet ist, ist es von Vorteil, wenn das Kontaktierungselement zumindest eine Kontaktierungsstelle aufweist, wobei die zumindest eine Kontaktierungsstelle nach Positionierung des Kontaktierungselementes in dem Kopplungselement zur Herstellung einer elektrischen Verbindung aktivierbar ist. Selbstverständlich kann aber auch eine Mehrzahl von Kontaktierungsstellen vorgesehen sein, zum Beispiel drei, fünf oder sieben Kontaktierungsstellen. Hierbei kann das Kontaktierungselement wie erwähnt insbesondere gemäß der WO 2016/119001 A1 ausgebildet sein. Ist dies der Fall, kann das Kontaktierungselement in das Kopplungselement eingeführt werden und rastet nach geeigneter Positionierung in diesem ein. Hierfür ist das Kontaktierungselement im Querschnitt konisch ausgebildet. Das Kopplungselement weist eine entsprechende konische Vertiefung auf. Des Weiteren kann das Kontaktierungselement auf einem flexiblen Träger mittelbar am Arm gelagert sein, sodass das Kontaktierungselement innerhalb vorgegebener Grenzen zusätzlich zu der Bewegung über den Arm bewegbar gehalten ist. Durch diese zusätzliche Anpassbarkeit der Position des Kontaktierungselementes innerhalb kleinerer zusätzlicher Grenzen ist eine Anstellung desselben an das Kopplungselement weitgehend unabhängig von einer perfekten Positionskontrolle. Das Kontaktierungselement kann daher unter Kraftbeaufschlagung selbstpositionierend in das Kopplungselement einrasten. Nachdem das Kontaktierungselement und das Kopplungselement in einem ersten Schritt miteinander mechanisch bzw. formschlüssig in Verbindung gebracht worden sind und sich in einer Ladeposition befinden, kann durch Verschieben der Kontaktierungsstellen die elektrische Verbindung hergestellt werden, um einen Ladevorgang zu beginnen. Die Verschiebung der Kontaktierungsstellen kann beispielsweise erfolgen, indem diese mittels Federkraft in einer Ruheposition gehalten sind, welche nach dem erwähnten formschlüssigen Verbinden von Kontaktierungselement und Kopplungselement freigegeben wird, sodass die Kontaktierungsstellen durch die Federkraft verschoben werden, um den elektrischen Kontakt herzustellen. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Kontaktierungsstellen erst dann verschoben werden, wenn hinsichtlich der Anstellung des Kontaktierungselementes an das Kopplungselement eine Mindestkraft erreicht ist. Bei

Umsetzung dieser Variante kann ein Kraftsensor vorgesehen sein, welcher die Anstellkraft misst. Dieser Kraftsensor kann am Träger für das Kontaktierungselement angeordnet sein.

Die Kontaktierungsstellen sind im Querschnitt an die gewünschte Ladeleistung angepasst. Sind hohe Ladeleistungen erforderlich, ist der Querschnitt entsprechend größer ausgebildet. Beispielsweise können die Kontaktierungsstellen als Kupferringe ausgebildet sein, die eine Ringdicke von 0,5 mm bis 2,0 mm aufweisen. Die Gegenstelle, also das Kopplungselement, kann entsprechend variiert werden. Möglich ist es dabei auch, dass ein Außendurchmesser der Kupferringe konstant ist und über eine Variation über den Innendurchmesser und damit wiederum die Ringdicke erfolgt. Das Kopplungselement kann dann im Wechselspiel einen konstanten Innendurchmesser aufweisen. Zudem können die Kontaktierungsstellen des Kontaktierungselementes ebenso wie jene des Kopplungselementes auch in der maximalen Stecktiefe variiert werden, wodurch eine weitere Möglichkeit der Leistungsanpassung gegeben ist. Eine maximale Leistung wird dabei durch die Komponente mit der geringsten übertragbaren Leistung definiert. Dies ermöglicht angepasste Ladeszenarien. Beispielsweise kann das Kontaktierungselement leistungsstark ausgebildet sein und dann mit einem leistungsstarken Kopplungselement im öffentlichen Bereich, aber auch mit einem leistungsschwacheren Kopplungselement im häuslichen Bereich Zusammenwirken. Im öffentlichen Bereich sind in der Regel kurze Parkdauern gegeben; es kann dann ein schnelles, leistungsstarkes Laden gewünscht sein und auch erfolgen. Im häuslichen Bereich sind in der Regel lange Stehzeiten gegeben. Zeit ist daher ein weniger kritischer Faktor, weshalb eine geringere Ladeleistung für den häuslichen Bereich ausreichend ist.

Mit Vorteil ist die zweite Komponente mit einem zweiten Gehäuse ausgebildet, damit im inaktiven Zustand (also wenn kein Ladevorgang erfolgt) ein Schutz gegen Verschmutzung gegeben ist. Dies ist insbesondere wichtig, wenn sich das Elektrofahrzeug bewegt und verschiedenen Einflüssen wie Nässe oder Staub ausgesetzt ist. Das zweite Gehäuse kann dabei so ausgebildet sein, dass dieses automatisch mechanisch öffnet, sobald der Arm das zweite Gehäuse berührt und eine gewisse Kraft aufbringt. Hierfür kann das zweite Gehäuse mit zumindest einer Feder in Verbindung stehen, welche in das zweite Gehäuse in geschlossenen Zustand hält. Mit dem Arm einer ersten Komponente kann dann die erforderliche Kraft zum automatischen mechanischen Öffnen des Gehäuses aufgebracht werden. Hierfür ist das zweite Gehäuse bei Betätigung des Armes entgegen einer Haltekraft selbsttätig öffenbar. Alternativ ist es auch möglich, dass das zweite Gehäuse unabhängig von einem Kontakt mit dem Arm einer ersten Komponente geöffnet werde kann, beispielsweise mithilfe eines Elektromotors. Diese Variante hat im laufenden Betrieb den Vorteil, dass diese unabhängig vom Arm geöffnet werden kann, also auch dann, wenn der Arm außerhalb einer Sollposition für das Öffnen des zweiten Gehäuses liegen würde. Die beiden vorstehenden Varianten sind auch kombinierbar. Es kann also grundsätzlich eine ausschließlich mechanische Betätigung für das Öffnen des zweiten Gehäuses vorgesehen sein, wobei bei Bedarf aber auch ein Öffnen mithilfe eines Elektromotors möglich ist. Möglich ist es, dass die erste Komponente unterhalb eines Bodens gelagert ist und Mittel vorgesehen sind, um die erste Komponente aus dieser Position zu heben oder in diese zu senken. Die Hub- und Senkmittel können beliebig ausgebildet sein, beispielsweise als pneumatisch oder hydraulisch arbeitende Hebeeinrichtungen oder auch als Zahntriebe.

Entsprechend den vorstehend dargestellten Vorteilen findet eine erfindungsgemäße erste Komponente oder eine erfindungsgemäße Ladeeinrichtung vorzugsweise Verwendung zum Laden des Akkumulators eines Fahrzeuges, insbesondere eines Personenkraftfahrzeuges. Üblicherweise handelt es sich dabei um ein Elektrofahrzeug.

Die verfahrensmäßige Aufgabe der Erfindung wird gelöst, wenn bei einem Verfahren der eingangs genannten Art im Bereich einer erfindungsgemäßen ersten Komponente positioniert wird, wonach das Kontaktierungselement der ersten Komponente mit einem Kopplungselement einer zweiten Komponente, die an der Einrichtung befestigt ist, verbunden wird, um die elektrische Verbindung herzustellen.

Ein mit einem erfindungsgemäßen Verfahren erzielter Vorteil ist insbesondere darin zu sehen, dass auf einfache Weise ein Elektrofahrzeug oder ein anderes Objekt zum Laden eines Akkumulators mit einer Spannung beaufschlagt werden kann, wobei das Objekt vergleichsweise ungenau über der ersten Komponente positioniert werden kann. Durch die entsprechende Flächenabdeckung der ersten Komponente, mit welcher das Kontaktierungselement über weite Bereiche bewegbar ist, wird die erforderliche positioneile Flexibilität erreicht. Das Verfahren ist bidirektional. Somit ist zunächst die elektrische Verbindung wesentlich. Die zu ladende Einrichtung kann entweder in Stromflussrichtung näher zum Kontaktierungselement oder näher zum Kopplungselement positioniert sein.

Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen ergeben sich aus den nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispielen. In den Zeichnungen, auf welche dabei Bezug genommen wird, zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Komponente in einem Ruhezustand (ohne Hauptverkleidung);

Fig. 2 eine Unterseite der erste Komponente aus Fig. 1;

Fig. 3 die erste Komponente aus Fig. 1 in teilweise ausgefahrenem Zustand;

Fig. 4 eine Seitenansicht der ersten Komponente aus Fig. 1 in teilweise ausgefahrenem Zustand;

Fig. 5 die erste Komponente aus Fig. 1 in einem voll ausgefahrenen Zustand in einer Seitenansicht;

Fig. 6 die erste Komponente aus Fig. 1 in voll ausgefahrenem Zustand in einer perspektivischen Darstellung;

Fig. 7 eine zweite Komponente in geschlossenem Zustand in Draufsicht;

Fig. 8 eine Seitenansicht der zweiten Komponente aus Fig. 7;

Fig. 9 eine stirnseitige Ansicht der zweiten Komponente aus Fig. 7;

Fig. 10 eine perspektivische Ansicht der zweiten Komponente aus Fig. 7;

Fig. 11 eine Draufsicht auf die zweite Komponente aus Fig. 7 in geöffnetem Zustand;

Fig. 12 eine Seitenansicht der zweiten Komponente gemäß Fig. 11;

Fig. 13 eine stirnseitige Ansicht der zweiten Komponente gemäß Fig. 11;

Fig. 14 eine perspektivische Ansicht der zweiten Komponente gemäß Fig. 11;

Fig. 15 einen Trägerohne Kontaktierungselement;

Fig. 16 einen Träger mit Kontaktierungselement;

Fig. 17 eine in einem Boden integrierte erste Komponente im inaktiven Zustand;

Fig. 18 eine in einem Boden integrierte erste Komponente beim Öffnen;

Fig. 19 eine in einem Boden integrierte erste Komponente im aktiven Zustand.

In Fig. 1 ist eine erste Komponente 1 dargestellt. Die erste Komponente 1 ist im Wesentlichen länglich ausgebildet. Eine Unteransicht der ersten Komponente 1 ist in Fig. 2 dargestellt.

Die erste Komponente 1 weist eine insbesondere in Fig. 2 gut ersichtliche Basis 5 auf. Die Basis 5 stellt einen unbeweglichen Teil der ersten Komponente 1 dar. Die Basis 5 kann beispielsweise ortsfest auf einem Untergrund befestigt sein. Möglich ist es aber auch, dass die Basis 5 an einem Elektrofahrzeug befestigt ist. Wie in Fig. 1 ersichtlich ist, ist auf der Basis 5 ein Arm 6 gelagert. Bei der Darstellung in Fig. 1 befindet sich die erste Komponente 1 in einer Ruheposition bzw. Nullstellung. Der Arm 6 ist teilweise von einer Blende 10 verdeckt. Ersichtlich sind in Fig. 1 des Weiteren ein erster Antrieb 7, ein zweiter Antrieb 8 und ein dritter Antrieb 9, deren Wirkungen nachstehend noch erläutert werden. Der Arm 6 weist an einem Ende bzw. endseitig ein Kontaktierungselement 2 auf.

In Fig. 1 und 2 sind des Weiteren eine erste Schwenkachse X1 und eine zweite Schwenkachse X2 ersichtlich. Die erste Schwenkachse X1 verläuft gemäß Fig. 2 vertikal zur Basis 5. Die zweite Schwenkachse X2 verläuft gemäß Fig. 1 parallel zur flach bzw. eben ausgebildeten Basis 5.

Der Arm 6 ist auf der Basis 5 beweglich gelagert, und zwar in mehreren Aspekten. Zunächst ist der Arm 6 um die erste Schwenkachse X1, die vertikal zur Basis 5 verläuft, schwenkbar. Die entsprechende Lagerung kann so gestaltet sein, dass der Arm 6 um 360° um die Basis 5 schwenkbar ist. In der Regel ist es jedoch ausreichend, wenn von der in Fig. 1 dargestellten Ausgangsposition bzw. Nullposition eine Auslenkung von -50° nach links bis +40° nach rechts möglich ist, insbesondere wenn der Arm 6 wie in Fig. 1 dargestellt zur Realisierung einer niedrigen Bauhöhe der ersten Komponente 1 neben anderen Teilkomponenten angeordnet ist, aber noch nach beiden Seiten hin ausreichende Winkel abgedeckt werden sollen. Damit ist beidseits ein ausreichender Winkelbereich abgedeckt. Des Weiteren ist der Arm 6 um die zweite Schwenkachse X2 schwenkbar. Die entsprechende Schwenkbewegung wird von der Basis 5 aus betrachtet und bezogen auf die Darstellung in Fig. 1 nach oben hin ermöglicht. Es ist ausreichend, wenn die entsprechende Schwenkbewegung bis zu 60° nach oben möglich ist. Wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, sind die einzelnen Bestandteile, beispielsweise erster Antrieb 7, zweiter Antrieb 8 und dritter Antrieb 9 sowie der Arm 6 im Wesentlichen in einer Ebene angeordnet, sodass die erste Komponente 1 besonders flach baut. In der Regel weist die erste Komponente 1 samt einem nicht näher dargestellten ersten Gehäuse, das zum Beispiel aus einem Kunststoff gebildet sein kann, eine Höhe von weniger als 7,0 cm auf.

Der Arm 6 ist, wie beispielsweise aus Fig. 1 ersichtlich ist, auf der Basis 5 neben den Einheiten für den Linearvortrieb, aber auch jenen zur Durchführung der Schwenkbewegungen angeordnet. Durch diesen Versatz des Armes 6 lässt sich eine besonders kompakte Bauweise der ersten Komponente 1 erreichen. Selbstverständlich wäre es alternativ auch möglich, den Arm 6 so anzuordnen, dass dieser über verschiedenen Antriebseinheiten zum Liegen kommt. Dies würde jedoch automatisch eine höhere Bauhöhe nach sich ziehen.

Um den Arm 6 und damit das Kontaktierungselement 2 aus der Nullposition in Fig. 1 bzw. 2 auszulenken, können zunächst mithilfe des dritten Antriebes 9 der Arm 6 sowie alle weiteren Komponenten, die auf einer Platte 11 montiert sind, gegenüber der Basis 5 um die vertikale Schwenkachse X1 geschwenkt werden. Der dritte Antrieb 9 umfasst hierfür beispielsweise einen kleinen Elektromotor sowie ein Getriebe, welches die Platte 11 und damit alle darauf befindlichen Bestandteile der ersten Komponente 1 gegenüber der Basis 5 verdreht bzw. schwenkt. Die Platte 11 verfährt dann, wofür gemäß Fig. 2 bodenseitig Roll- und/oder Gleitelemente 12 vorgesehen sind, die zur Unterstützung dienen, aber nicht zwingend sind. Anschließend kann über den ersten Antrieb 7 der Arm 6 linear verschoben bzw. ausgefahren werden. Hierfür kann der erste Antrieb 7 wie im Ausführungsbeispiel ersichtlich ebenfalls mit einem kleinen Elektromotor sowie mit einer Spindel 13 ausgebildet sein. Bei Betätigung des entsprechenden Elektromotors wird die Spindel 13 in Rotation versetzt, wodurch der Arm 6 entlang der Spindel 13 verschoben wird. Der Arm 6 ist hierfür entsprechend verschiebbar auf der Platte 11 gelagert, die wie erwähnt wiederum gegenüber der Basis 5 drehbar gelagert ist. Die Spindel 13 ist allerdings lediglich ein exemplarisches Vortriebsmittel. Auch andere Antriebsmittel, welche den gleichen Zweck erfüllen, nämlich eine Linearbewegung des Armes 6, sind im Rahmen der Erfindung selbstverständlich möglich. Beispielsweise kann ein Linearservomotor eingesetzt werden.

Eine dritte Bewegungsart des Armes 6 wird über den zweiten Antrieb 8 zum vertikalen Schwenken des Armes 6 um die zweite Schwenkachse X2 ermöglicht. Durch eine entsprechende Schwenkbewegung wird der Arm 6 nach oben bewegt. Dabei wird auch die Blende 10 automatisch gegen eine vorbestimmte Halte- und Schließkraft geöffnet. Für die entsprechende Schwenkbewegung kann gemäß Fig. 3 ein Mechanismus 14 mit einer weiteren Spindel 15 vorgesehen sein, welche von einem Elektromotor angetrieben wird.

Ist ein erstes, in Fig. 1 nicht dargestelltes Gehäuse für die erste Komponente 1 vorgesehen, ist es zweckmäßig, die dritte Bewegungsart zumindest teilweise sogleich zu Beginn auszuführen, um das erste Gehäuse zu öffnen. Die übrigen Schritte können dann in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden.

Sind die entsprechenden Bewegungen ausgeführt, kann sich die erste Komponente 1 in einem Arbeitszustand befinden, wie dieser in Fig. 3 und 4 perspektivisch (Fig. 3) bzw. in einer Seitenansicht (Fig. 4) dargestellt ist. Dabei handelt es sich nicht notwendigerweise um eine maximale Auslenkung entlang aller Bewegungskomponenten. Vielmehr kann die erste Komponente 1 noch weiter ausgefahren werden. In Fig. 5 und 6 ist eine maximale Auslenkung in allen Bewegungsrichtungen, nämlich um die Schwenkachse X1 und die Schwenkachse X2 sowie entlang des Verschiebeweges des Armes 6, dargestellt. Im Vergleich mit Fig. 1 folgt bei Berücksichtigung einer Länge des Armes 6 von etwa 20 cm bis 50 cm und den angegebenen Schwenkbereichen, dass ein ausreichender Bereich abgedeckt werden kann, sodass das Kontaktierungselement 2 mit einem noch zu erläuternden Kopplungselement 4 einer zweiten Komponente 3 Zusammenwirken kann, auch wenn ein Elektrofahrzeug mit der zweiten Komponente 3 nicht exakt über der ersten Komponente 1 geparkt ist. Vielmehr ergibt sich ein sehr großer Toleranzbereich.

Wie in Fig. 4 ersichtlich ist, kann der Arm 6 in einen ersten Abschnitt 61 und zumindest einen weiteren Abschnitt 62 unterteilt werden. Der erste Abschnitt 61 umfasst dabei das Kontaktierungselement 2. Wie ersichtlich ist, wird der erste Abschnitt 61 auch bei einer Hub- oder Senkbewegung in horizontaler Position gehalten. Hierfür ist eine annähernde Parallelogrammführung des ersten Abschnittes 61 vorgesehen, der hierfür gelenkig am zumindest einen weiteren Abschnitt 62 gelagert ist. Im Vergleich zu einer idealen Parallelogrammführung ist aber eine Abweichung gegeben, da das Kontaktierungselement 2 in der Regel ein relativ hohes Gewicht aufweist und ebenfalls in der Regel an einem Armende positioniert ist, somit also ein langer Hebel gegeben ist. Um dies zu berücksichtigen, ist eine geringe Abweichung in dem Sinn gegeben, dass der erste Abschnitt 61 an sich mehr als nötig bewegt und grundsätzlich leicht schräg angestellt wird, was durch dessen Eigengewicht und das Gewicht des Kontaktierungselementes 2 wieder kompensiert wird, sodass letztlich während einer Huboder Senkbewegung der erste Abschnitt 61 im Wesentlichen horizontal gehalten wird.

Bei Aktivierung der ersten Komponente 1 wird wie bereits kurz erläutert zunächst ein geringer Hub durchgeführt, wodurch sich der Deckel bzw. das erste Gehäuse öffnet. Nach Öffnen des Deckels und der Durchführung des genannten ersten Hubs können sowohl die gewünschten Schwenkbewegungen als auch die Linearbewegungen in beliebiger Reihenfolge oder gegebenenfalls simultan durchgeführt werden.

Die erste Komponente 1 kann bodenseitig eine Verriegelung aufweisen, welche eine Schwenkbewegung um die Schwenkachse X1 temporär verhindert bzw. sperrt. Dadurch können von der gesamten Einheit wesentlich größere Scherbelastungen, beispielsweise bei einem Überfahren, auf den Armbereich abgefangen werden. Die Verriegelung kann so ausgebildet sein, dass sich diese automatisch löst, wenn der Arm gehoben wird. Eine mögliche Ausbildung der Verriegelung ist mit einem Zapfen oder Bolzen gegeben.

Eine zweite Komponente 3 ist in verschiedenen Darstellungen aus Fig. 7 bis 10 in einem geschlossenen Zustand und aus Fig. 11 bis 14 in einem geöffneten Zustand ersichtlich. Die zweite Komponente 3 umfasst ein zweites Gehäuse 31, das öffenbar ausgebildet ist. Während die erste Komponente 1 in der Regel ortsfest montiert ist, ist die zweite Komponente 3 in der Regel an einem Elektrofahrzeug befestigt, beispielsweise an dessen Unterseite bzw. Bodenplatte. Dabei ist das zweite Element so am Elektrofahrzeug positioniert, dass in der geöffneten Position das Kopplungselement 4 von unten zugänglich ist. Ein Kopplungselement 4 kann dann mit dem Kontaktierungselement 2 der ersten Komponente gepaart werden, um eine elektrische Verbindung herzustellen.

Zum Laden eines Akkumulators eines Elektrofahrzeuges wird das Elektrofahrzeug über einer ersten Komponente 1 positioniert. Die erste Komponente 3 wird daraufhin aktiviert, und öffnet sich durch Betätigung des Armes 6. Der Arm 6 wird anschließend in den Bereich der bodenseitig am Elektrofahrzeug befestigten zweiten Komponente 3 verfahren. Die einzelnen Bewegungen des Armes 6 (Schwenkbewegungen einerseits und Linearbewegungen andererseits) können dabei nach einem ersten geringfügigen Hub zur Öffnung des ersten Gehäuses gleichzeitig erfolgen, um eine schnelle Positionierung zu ermöglichen. Die exakte Positionierung des Armes 6 und insbesondere des Kontaktierungselementes 2 wird einerseits über eine Funkkopplung des Elektrofahrzeuges mit der ersten Komponente 1 erreicht. Die Kommunikation mit dem Elektrofahrzeug erfolgt über Bluetooth oder eine ähnliche drahtlose Kommunikation, wobei auf einem Display im Fahrzeuginneren eine Soll-Parkposition angezeigt werden kann. Andererseits wird eine Echtzeitpositionsbestimmung für das Kontaktierungselement 2 durchgeführt, was insbesondere mittels Ultraschall möglich ist.

Sobald der Arm 6 das zweite Gehäuse 31 berührt, öffnet dieses selbstständig, beispielsweise passiv, sodass das Kontaktierungselement 2, das wie ersichtlich konisch ausgebildet ist, mit dem entsprechend konisch vertieft ausgebildeten Kopplungselement 4 verbunden werden kann. Auch eine automatische Öffnung des zweiten Gehäuses 31 ist möglich, die beispielsweise mit einem bestimmten Ausfahrgrad des Armes 6 gekoppelt sein kann. Zur Bewegung des zweiten Gehäuses 31 kann beispielsweise ein in Fig. 12 ersichtlicher Zahntrieb vorgesehen sein, der zudem leicht schräg verlaufen kann, um das zweite Gehäuse 31 sicher zu öffnen, aber auch bei einem Verschließen ausreichend stark und damit dicht anzustellen. Zur Verbindung wird zunächst die erforderliche Passung sichergestellt, welche aufgrund der konischen Ausbildung und einer innerhalb gewisser Grenzen nachgiebigen Lagerung des Kontaktierungselementes 2 durch den Formschluss erreicht werden kann. Hierfür weisen die entsprechenden Führungen auch eine kleinere Vertikalkomponente auf, sodass insbesondere beim Schließen zum Beispiel gegen eine umlaufende Dichtung ein ausreichender Druck für eine geschlossene und gegen Spritzwassser und Fremdpartikel geschützte Position ergibt. Sobald das Kontaktierungselement 2 in einer geeigneten Position fixiert ist, werden innerhalb des Kontaktierungselementes 2 befindliche Kontaktierungsstellen freigegeben, welche daraufhin nach oben ausfahren und so elektrische Kontakte des Kopplungselementes 4 berühren, um eine elektrische Verbindung herzustellen. Somit kann Spannung übereine Ladeeinrichtung aus der ersten Komponente 1 und die zweite Komponente 3 aus einem Stromnetz in den Akkumulator des Elektrofahrzeuges fließen. Umgekehrt ist auch eine Rückeinspeisung vom Fahrzeug in ein Stromnetz oderein Laden anderer Vorrichtung mit dem Akkumulator des Elektrofahrzeuges möglich.

In Fig. 15 und 16 sind Einzelheiten einer ersten Komponente 1 dargestellt, welche zum Einsatz kommen können. In Fig. 15 und 16 ist ein erster Abschnitt 61, wie dieser auch in Fig. 4 dargestellt ist, in einer Ausführungsvariante dargestellt. Fig. 16 zeigt denselben ersten Abschnitt 61 mit einem darauf befestigten Kontaktierungselement 2. Wie in Fig. 15 ersichtlich ist, ist ein Träger 611 vorgesehen, der am ersten Abschnitt 61 angeordnet ist. Dieser Träger 611 kann wie dargestellt kreuzförmig ausgebildet sein, wobei zentral eine Aufnahme für das Kontaktierungselement 2 vorgesehen ist. Ein Kreuz des Trägers 611 besteht aus einem etwas nachgiebigen Material, beispielsweise einem etwas härteren Gummi mit einer Shore-A-Härte von etwa 90, um Neigungen von wenigen Grad um beide Achsen ausgleichen zu können. Eine dabei erzielbare maximale Neigung kann beispielsweise auf 10°, vorzugsweise 7,5°, insbesondere 5° oder weniger, beschränkt sein. Dies ergibt sich an sich aus dem Material für das Kreuz des Trägers 611 und dessen Dicke. Im Übrigen umfasst der Träger 611 außenseitig einen Ring 612, welcher beispielsweise ebenfalls aus einem organischen Kunststoff oder aus einer dehnbaren und reißfesten Siliconverbindung bestehen kann. Dieser Ring 612 umschließt alle vier abgekanteten Enden eines Blechteiles 613, das einen kreisförmigen Ausschnitt bildet und eine maximale Auslenkung in beliebiger horizontaler Richtung definiert. Das mit dem Ring 612 in Verbindung stehende Blechteil 613 verhindert insbesondere auch ein Herausfallen des Kontaktierungselementes 2 nach oben hin. Der elastische Ring 612 sorgt auch dafür, dass das Kontaktierungselement 2 nicht nur horizontal ausgelenkt werden kann, sondern auch wieder in eine Mittelposition zurückkehrt, sobald die auslenkende Kraft nachlässt bzw. wegfällt. Insgesamt lässt sich durch diese Lösung ein relativ schonendes Verbinden des Kontaktierungselementes 2 mit dem Kopplungselement 4 erreichen. Der Arm 6 mit dem Kontaktierungselement 2 kann im Einsatz beispielsweise über eine Ultraschallbestimmung mit relativ großer Positionsgenauigkeit zum Kopplungselement 4 geführt werden. Durch die nachgiebige Lagerung des Kontaktierungselementes 2 auf dem Träger 611 bzw. mithilfe desselben ist allerdings eine gewisse Flexibilität für das Kontaktierungselement 2 gegeben, sodass die Gefahr eines raschen Verschleißes oder gar einer Hemmung deutlich vermindert ist.

In Fig. 17 bis 19 ist eine Variante einer ersten Komponente 1 dargestellt, welche bündig mit einem Boden 18 abschließt. Bei diesem Boden 18 kann es sich beispielsweise um den Boden 18 eines Parkplatzes handeln. Die erste Komponente 1 ist versenkt im Boden 18 eingebaut. Im Grundsatz kann die erste Komponente 1 wie vorstehend erläutert ausgebildet sein, also auch in den dargestellten Ausführungsformen. Die erste Komponente 1 operiert grundsätzlich auch in der bereits beschriebenen Weise. Allerdings ist es bei einem versenkten, insbesondere bündigen Einbau erforderlich, dass die erste Komponente 1 zunächst freigelegt wird, sodass diese im Anschluss die beschriebenen Bewegungsmechanismen durchführen kann. Hierfür ist ein weiterer, vierter Antrieb 16 vorgesehen, welcher in einem ersten Schritt einen bodenseitigen Deckel 17 bzw. eine Bodenplatte übereinen geeigneten Antriebsmechanismus vom Boden 18 abhebt. Dabei ist es zweckmäßig, dass ein Antriebsmechanismus vorgesehen ist, welcher den Deckel 17 im Wesentlichen senkrecht hebt und nach Betrieb wieder entsprechend senkt. Selbstverständlich sind auch andere Lösungen denkbar, beispielsweise ein seitliches Ausklappen des Deckels 17. Eine senkrechte Betätigung hat jedoch den Vorteil, dass der Deckel 17 an den Anschlussflächen zum Boden 18 hin entweder nur einer geringen oder, wenn ein geringfügiger Spalt gehalten ist, keiner Reibung unterliegt. Auch wenn aus Gründen der Verhinderung einer Verschmutzung an den Anschlussflächen kein Spalt gelassen werden kann oder eine Dichtung vorgesehen ist, ergibt sich dadurch ein relativ sanftes Öffnen des Deckels 17.

Wie erwähnt sind beliebige Antriebsmechanismen zum Öffnen des Deckels 17 möglich. Für einen im Wesentlichen senkrechten und an mehreren Stellen angreifenden Hub kann beispielsweise ein in Fig. 18 ersichtlicher Spindeltrieb 20 mit einer linksgängigen Spindel und einer rechtsgängigen Spindel vorgesehen sein, wobei diese gegenläufigen Spindeln aufgrund der Gegenläufigkeit das Angreifen einer Hubbewegung an mehreren Positionen des Deckels 17 ermöglichen.

Der Deckel 17 steht mit dem Mechanismus zum Heben des Deckels 17 in Verbindung. Damit dieser Mechanismus im nicht aktiven Zustand, wenn also der Deckel 17 bündig mit dem Boden 18 abschließt, nicht oder zumindest nicht in hohem Maß belastet wird, liegt der Deckel 17 zweckmäßigerweise zumindest in mehreren Punkten auf einer darunter befindlichen festen Umrahmung auf bzw. kann dort zur Anlage kommen. Bevorzugt ist es, dass ein entsprechender Rahmen vorgesehen ist, in welchen der Deckel 17 beim Schließen eingleiten kann. Der Rahmen kann zusätzlich mit einer Dichtung ausgestattet sein, um insbesondere Wasser, aber auch Feststoffe wie Staubpartikel vor einem Eindringen zu hindern.

Vorgesehene Schubelemente, welche einen zweiten Deckelteil anheben, weisen mit Vorteil eine derart angepasste Länge bzw. Höhe auf, dass diese im hochgefahrenen Zustand, wie dieser in Fig. 18 ersichtlich ist, vertikal stehen bzw. deren Befestigungspunkte exakt vertikal übereinander stehen. Dadurch kann der hochgefahrene Deckel 17 sehr hohe (vertikale) Belastungen aufnehmen, ohne dass der Spindeltrieb 20 belastet wird bzw. in Rotation versetzt werden könnte, da die Belastung über die vertikalstehenden Schubelemente direkt in den Untergrund abgeleitet werden.

Es versteht sich, dass bei den vorstehend dargestellten Ausführungsbeispiel die einzelnen Elemente der ersten Komponente 1 sowie der zweiten Komponente 3 für einen dauerhaften Gebrauch mit zusätzlichen Schutzeinrichtungen ausgestattet werden können, um ein Eindringen von Fremdpartikel hintanzuhalten. Beispielsweise kann der Arm 6 unabhängig von der konkreten Ausbildung als freistehende oder versenkbare Lösung zum Schutz mit einem Faltenbalg ausgebildet sein.

Claims (20)

1. Patentansprüche

   1. Erste Komponente (1) einer Ladeeinrichtung zum elektrischen Energieaustausch eines Objektes mit einem Akkumulator, insbesondere zum Laden eines Akkumulators, beispielsweise eines Akkumulators eines Elektrofahrzeuges, aufweisend ein Kontaktierungselement (2), wobei das Kontaktierungselement (2) mit einem Kopplungselement (4) einer zweiten Komponente (3) zur Herstellung einer elektrischen Verbindung verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Basis (5) und ein auf dieser angeordneter Arm (6) vorgesehen sind, wobei der Arm (6) um und/oder entlang mehrerer Achsen beweglich auf der Basis (5) gelagert ist, um das Kontaktierungselement (2) zum Kopplungselement (4) zu führen.
2. 2. Komponente (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Arm (6) horizontal schwenkbar auf der Basis (5) gelagert ist.
3. 3. Komponente (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Schwenkachse (X1) vertikal zur Basis (5) verläuft.
4. 4. Komponente (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Arm (6) gesamt oder zumindest teilweise längsverschiebbar ist.
5. 5. Komponente (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Antrieb (7) vorgesehen ist, mit dem der Arm (6) linear verschiebbar ist.
6. 6. Komponente (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Arm (6) um eine zweite Schwenkachse (X2) vertikal schwenkbar auf der Basis (5) gelagert ist.
7. 7. Komponente (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Antrieb (8) zum vertikalen Schwenken des Armes (6) vorgesehen ist.
8. 8. Komponente (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter Antrieb (9) zum horizontalen Schwenken des Armes (6) auf der Basis (5) vorgesehen ist.
9. 9. Komponente (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Arm (6) in mehrere Abschnitte unterteilt ist, wobei bei einer Hub- oder Senkbewegung des Armes (6) ein erster Abschnitt (61) selbsttätig in einer im Wesentlichen horizontalen Position verbleibt.
10. 10. Komponente (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Komponente (1) mit einem ersten Gehäuse ausgebildet sind.
11. 11. Komponente (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gehäuse bei Betätigung des Armes (6) entgegen einer Haltekraft selbsttätig öffenbar ist.
12. 12. Komponente (1) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gehäuse mit zumindest einer Feder in Verbindung steht, welche das erste Gehäuse in geschlossenem Zustand hält.
13. 13. Ladeeinrichtung zum Laden einer Einrichtung, insbesondere einer beweglichen Einrichtung wie eines Elektrofahrzeuges, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Komponente (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 und eine zweite Komponente (3) mit einem Kopplungselement (4) vorgesehen ist, wobei eine der Komponenten (1,3) ortsfest fixiert ist.
14. 14. Ladeeinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktierungselement (2) mit dem Arm (6) selbstständig zentrierbar in das Kopplungselement (4) einführbar ist.
15. 15. Ladeeinrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktierungselement (2) zumindest eine Kontaktierungsstelle aufweist, wobei die zumindest eine Kontaktierungsstelle nach Positionierung des Kontaktierungselementes (2) in dem Kopplungselement (4) zur Herstellung einer elektrischen Verbindung aktivierbar ist.
16. 16. Ladeeinrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Komponente (3) mit einem zweiten Gehäuse (31) ausgebildet ist.
17. 17. Ladeeinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Gehäuse (31) mit zumindest einer Feder in Verbindung steht, welche das zweite Gehäuse (31) in geschlossenem Zustand hält, und/oder das zweite Gehäuse (31) bei Betätigung des Armes (6) entgegen einer Haltekraft selbsttätig öffenbar ist.
18. 18. Ladeeinrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Komponente (1) unterhalb eines Bodens (18) gelagert ist und Mittel vorgesehen sind, um die erste Komponente (1) aus dieser Position zu heben oder in diese zu senken.
19. 19. Verwendung einer ersten Komponente (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 odereiner Ladeeinrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18 zum Laden eines Akkumulators eines Fahrzeuges, insbesondere eines Personenkraftfahrzeuges.
20. 20. Verfahren zum elektrischen Laden einer Einrichtung, insbesondere einer beweglichen Einrichtung wie eines Elektrofahrzeuges, wobei die Einrichtung zum Laden positioniert wird, wonach eine elektrische Verbindung mit einer Spannungsquelle erfolgt, um einen Akkumulator der Einrichtung zu laden, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung im Bereich einer ersten Komponente (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 positioniert wird, wonach das Kontaktierungselement (2) der ersten Komponente (1) mit einem Kopplungselement (4) einer zweiten Komponente (3), die an der Einrichtung befestigt ist, verbunden wird, um die elektrische Verbindung herzustellen.