AT528140B1 - Stromversorgungsvorrichtung, Stromversorgungseinrichtung und Fahrzeug - Google Patents

Stromversorgungsvorrichtung, Stromversorgungseinrichtung und Fahrzeug

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Stromversorgungsvorrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Nutzfahrzeug wie einen elektrischen Bus oder einen elektrischen Lastkraftwagen oder für ein Schienenfahrzeug, mit einer Kontaktvorrichtung, welche zur Bildung eines elektrischen Kontakts zwischen der Kontaktvorrichtung und einem Fahrzeug zu dem Fahrzeug hin absenkbar ist, sowie mit einem Antrieb, welcher ein Fördermittel aufweist, wobei für eine Bewegung der Kontaktvorrichtung entweder der Antrieb mit einer Stromversorgungseinrichtung verbindbar ist und das Fördermittel mit der Kontaktvorrichtung gekoppelt ist oder der Antrieb mit der Kontaktvorrichtung verbunden ist und das Fördermittel mit der Stromversorgungseinrichtung koppelbar ist.

Description

Ss N
Beschreibung
STROMVERSORGUNGSVORRICHTUNG, STROMVERSORGUNGSEINRICHTUNG UND FAHRZEUG
[0001] Die Erfindung betrifft eine Stromversorgungsvorrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Nutzfahrzeug wie einen elektrischen Bus oder einen elektrischen Lastkraftwagen oder für ein Schienenfahrzeug, mit einer Kontaktvorrichtung, welche zur Bildung eines elektrischen Kontakts zwischen der Kontaktvorrichtung und einem Fahrzeug zu dem Fahrzeug hin absenkbar ist, sowie mit einem Antrieb, welcher ein Fördermittel aufweist, wobei für eine Bewegung der Kontaktvorrichtung entweder der Antrieb mit einer Stromversorgungseinrichtung verbindbar ist und das Fördermittel mit der Kontaktvorrichtung gekoppelt ist oder der Antrieb mit der Kontaktvorrichtung verbunden ist und das Fördermittel mit der Stromversorgungseinrichtung koppelbar ist.
[0002] Zur Stromversorgung von Fahrzeugen können Vorrichtungen eingesetzt sein, welche automatisiert einen elektrischen Kontakt zwischen Ladegeräten oder Ladestationen einerseits und Akkumulatoren elektrischer Fahrzeuge andererseits bilden. Beispielsweise beschreiben die Normen EN (Europäische Norm) 50696 und SAE (SAE International) J3105 derartige Vorrichtungen. Diese Vorrichtungen sind beispielsweise zur Distanzüberbrückung, zur Kontaktkraftübertragung und zur Ladestromübertragung zwischen Ladegeräten oder Ladestationen einerseits und Fahrzeugen andererseits eingesetzt.
Häufig weisen diese Vorrichtungen z.B. vierpolige Kontaktköpfe auf, welche beispielsweise von einer Decke eines Fahrzeugdepots oder von einer Traverse eines Ladegerüsts abgesenkt und, zur Bildung von mechanischen und elektrischen Kontakten mit den Fahrzeugen, an mechanisch und elektrisch mit den Kontaktköpfen kompatible Andockvorrichtungen der Fahrzeuge angedockt werden.
[0003] Insbesondere aufgrund von Antrieben und Rückholvorrichtungen dieser Vorrichtungen weisen die Vorrichtungen oft große Bauhöhen sowie hohe Massen auf, wodurch Hallendecken, Traversen etc., mit welchen die Vorrichtungen verbunden sein können, häufig hohe Tragfähigkeitsanforderungen erfüllen müssen. Oft müssen zudem mittels dieser Vorrichtungen hohe Stellkräfte bei geringen Stellwegen aufgebracht werden.
[0004] Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die WO 2023/072365 A1 bekannt, in welcher eine Positionierungsanordnung für eine Ladestation und ein Kontaktierungsverfahren beschrieben sind. Die Positionierungsanordnung weist eine Positionierungsvorrichtung, eine Antriebsvorrichtung sowie einen Ladekontakt, mittels welchem eine Kontaktfläche eines elektrischen Fahrzeugs zur elektrischen Stromversorgung des Fahrzeugs kontaktierbar ist, auf. Die Antriebsvorrichtung umfasst ein mit der Positionierungsvorrichtung verbundenes Tragmittel, über welches eine Zugkraft auf die Positionierungsvorrichtung übertragbar ist, wodurch der Ladekontakt positionierbar ist.
[0005] Weiterhin zeigt die US 2023/0098461 A1 eine Ladevorrichtung, bei welcher für einen Ladevorgang an einem elektrischen Fahrzeug ein Ladekopf mittels einer Stellvorrichtung auf eine Kontaktvorrichtung des Fahrzeugs abgesenkt werden kann. Die Stellvorrichtung kann gelenkig miteinander verbundene Scherenhebel aufweisen.
[0006] Die WO 2021/058221 A1 offenbart eine Ladestation zum Laden eines Elektrofahrzeugs, welche zur Kontaktierung eines Kontaktelements des Elektrofahrzeugs einen Ladekopf aufweist, welcher mittels einer Stelleinrichtung mit einer Stellstange und einem Stellantrieb manipuliert werden kann.
[0007] Die CN 204383201 U zeigt ein Ladegerät mit einem absenkbaren Kontaktkopf für ein elektrisches Fahrzeug.
[0008] Darüber hinaus ist in der WO 2017/042065 A1 eine Positionierungsvorrichtung zur Bildung einer elektrischen Verbindung zwischen einer Ladestation und einem elektrischen Fahrzeug gezeigt, wobei die Positionierungsvorrichtung ein Gestänge sowie eine Antriebsvorrichtung mit ei-
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nem Stellantrieb und einer Federvorrichtung zur Verstellung des Gestänges umfasst.
[0009] Ferner offenbart die WO 2022/100790 A1 eine Stromversorgungsvorrichtung, bei welcher gelenkig miteinander verbundene Arme, mit welchen eine Kontaktierungsvorrichtung gekoppelt ist, mittels einer Antriebsanordnung zwischen einer angehobenen Position und einer abgesenkten Position bewegt werden können, wobei die Kontaktierungsvorrichtung über ihre Gewichtskraft in einer abgesenkten Position gehalten werden kann.
[0010] In der CN 210792806 U ist weiterhin eine Ladevorrichtung für Kraftfahrzeuge offenbart, welche eine Teleskoparmanordnung umfasst.
[0011] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem Stand der Technik weiterentwickelte, kompakte Stromversorgungsvorrichtung mit einer mechanischen Rückholvorrichtung anzugeben.
[0012] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst mit einer Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Antrieb eine Triebfeder aufweist, welche über das Fördermittel mit der Kontaktvorrichtung gekoppelt ist, wobei für einen Hebevorgang der Kontaktvorrichtung die Triebfeder in einem abgesenkten ersten Zustand der Kontaktvorrichtung eine größere Spannenergie aufweist als in einem über den abgesenkten ersten Zustand der Kontaktvorrichtung angehobenen zweiten Zustand der Kontaktvorrichtung.
[0013] Durch diese Maßnahme wird eine funktionale Anordnung zur Absenkung und Rückholung der Kontaktvorrichtung erzielt, bei welcher ein Spannvorgang der Triebfeder durch einen Absenkvorgang der Kontaktvorrichtung eingeleitet wird.
Aus dem abgesenkten ersten Zustand der Kontaktvorrichtung kann die Kontaktvorrichtung aufgrund der Spannenergie der Triebfeder angehoben und rückgeholt werden, wobei die Triebfeder einen Entspannungsvorgang durchführt.
Zur Durchführung des Absenkvorgangs der Kontaktvorrichtung kann beispielsweise mittels des Antriebs ein Antriebsdrehmoment gegen ein Federdrehmoment der Triebfeder übertragen werden, wodurch ein Höhenniveau der Kontaktvorrichtung verändert wird und die Triebfeder gespannt wird.
Der Antrieb kann beispielsweise an oder auf der Stromversorgungseinrichtung (z.B. an einer Traverse eines Ladegerüsts) gelagert sein, wobei das Fördermittel zur Übertragung einer von dem Antriebsdrehmoment bewirkten Haltekraft auf die Kontaktvorrichtung mit der Kontaktvorrichtung gekoppelt sein kann. So kann die Kontaktvorrichtung abgesenkt und beispielsweise durch Bremsung des Antriebs in dem abgesenkten ersten Zustand der Kontaktvorrichtung gehalten werden. Es ist jedoch auch möglich, dass der Antrieb beispielsweise an oder auf der Kontaktvorrichtung gelagert ist und das Fördermittel mit der Stromversorgungseinrichtung gekoppelt ist. So kann die Kontaktvorrichtung zusammen mit dem Antrieb und gehalten von dem Fördermittel unter Übertragung einer von dem Antriebsdrehmoment bewirkten Haltekraft absenkt werden. Komponenten des Antriebs können z.B. in einem kompakten Gehäuse angeordnet sein. Auf eine redundante Stromversorgung für den Antrieb (beispielsweise über einen Akkumulator), um beispielsweise bei einem Stromausfall eine Rückholung der Kontaktvorrichtung vornehmen zu können, kann verzichtet werden. Die erfindungsgemäße Stromversorgungsvorrichtung kann daher kompakt, leicht und die Stromversorgungseinrichtung lediglich moderat belastend ausgeführt sein und ist, beispielsweise mangels eines Akkumulators zur Durchführung von Rückholvorgängen der Kontaktvorrichtung bei Stromausfällen, wartungsarm.
Mit der Kontaktvorrichtung können beispielsweise Versorgungsleitungen der Stromversorgungsvorrichtung verbunden sein. Die Versorgungsleitungen können beispielsweise elektrisch an Kontaktelemente der Kontaktvorrichtung angeschlossen sein.
Dadurch, dass der Antrieb die Triebfeder aufweist, kann auf äußerlich angeordnete Federn (z.B. Schraubenfedern) zwischen der Kontaktvorrichtung und der Stromversorgungseinrichtung, welche die Stromversorgungsvorrichtung und die Stromversorgungseinrichtung aufgrund von hohen Massen und Federkräften stark belasten können, verzichtet werden.
[0014] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Stromversorgungsvorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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[0015] Günstig ist es beispielsweise, wenn für den Hebevorgang der Kontaktvorrichtung aus dem abgesenkten ersten Zustand der Kontaktvorrichtung die Kontaktvorrichtung mittels der Spannenergie der Triebfeder in dem abgesenkten ersten Zustand der Kontaktvorrichtung unter Überwindung von Gewichtskräften zumindest der Kontaktvorrichtung und des Antriebs und unter Überwindung eines Losbrechdrehmoments und/oder einer Losbrechkraft des Antriebs anhebbar ist. Durch diese Maßnahme wird eine effektive automatische Rückholung der Kontaktvorrichtung (beispielsweise dann, wenn ein Elektromotor des Antriebs z.B. aufgrund eines Stromausfalls stromlos ist etc.) erreicht.
[0016] Eine einfache und robuste Lösung für die Triebfeder unter Einsatz von Standardkomponenten wird realisiert, wenn die Triebfeder als Bandfeder oder als Spiralfeder ausgebildet ist.
[0017] Eine präzise Manipulation der Kontaktvorrichtung wird gefördert, wenn eine Führungsvorrichtung der Stromversorgungsvorrichtung zur Stabilisierung der Bewegung der Kontaktvorrichtung mit der Kontaktvorrichtung gekoppelt und mit der Stromversorgungseinrichtung verbindbar ist.
[0018] Eine Kompensation einer Schiefstellung eines Fahrzeugs, an welches die Stromversorgungsvorrichtung beispielsweise zur Durchführung eines elektrischen Ladevorgangs angedockt werden kann, kann ferner erreicht werden, wenn die Führungsvorrichtung gelenkig mit der Kontaktvorrichtung gekoppelt ist.
Die Schiefstellung kann beispielsweise durch eine ungleichmäßige Verteilung von Fahrgästen in dem Fahrzeug oder durch ein einseitiges Absenken des Fahrzeugs mittels einer Niveauregulierung, um ein Einsteigen oder Aussteigen der Fahrgäste zu erleichtern (Kneeling), verursacht werden etc.
[0019] Eine hohe Flexibilität bei einer Ausrichtung der Stromversorgungsvorrichtung kann auch erreicht werden, wenn die Führungsvorrichtung gelenkig mit der Stromversorgungseinrichtung verbindbar ist.
[0020] Hilfreich ist es beispielsweise auch, wenn die Führungsvorrichtung eine Mehrzahl an Scherenhebeln aufweist. Durch diese Maßnahme wird eine mechanische Stabilität der Stromversorgungsvorrichtung gesteigert.
[0021] Empfehlenswert kann es zudem sein, wenn die Führungsvorrichtung zumindest vier Scherenhebel, bevorzugt sechs Scherenhebel aufweist.
Durch diese Maßnahme wird eine Tragfähigkeit der Führungsvorrichtung bedarfsgerecht eingestellt.
[0022] In Bezug auf eine Freigängigkeit der Kontaktvorrichtung ist es darüber hinaus hilfreich, wenn das Fördermittel gelenkig mit der Kontaktvorrichtung gekoppelt ist oder gelenkig mit der Stromversorgungseinrichtung koppelbar ist.
[0023] Eine konstruktiv und funktionell einfache Lösung zur Manipulation der Kontaktvorrichtung wird erreicht, wenn der Antrieb als Windenantrieb mit einer Winde für das Fördermittel ausgebildet ist, wobei die Winde einen in Richtung einer Windenlängsachse und zu jenem Teil des Fördermittels, welcher mit der Kontaktvorrichtung gekoppelt ist oder mit der Stromversorgungseinrichtung koppelbar ist, hin abnehmenden Durchmesser aufweist.
Durch diese Maßnahme vergrößert sich ein momentaner Windungsradius der Winde bei einer Zunahme des Federdrehmoments der Triebfeder. Aus einem Quotienten aus dem Federdrehmoment und dem Windungsradius ist jene Förderkraft gebildet, welche für eine Abwicklung des Fördermittels von der Winde erforderlich ist. Als Antriebsdrehmoment zur Manipulation der Kontaktvorrichtung ist demnach lediglich ein Differenzdrehmoment zwischen dem Federdrehmoment und einem Produkt aus der Förderkraft und dem Windungsradius aufzubringen.
Der Windenantrieb kann beispielsweise als Seilzug etc. ausgeführt sein. Das Fördermittel des Antriebs kann beispielsweise als Seil, als Gurt, als Riemen oder als Kette etc. ausgebildet sein. Die Winde kann beispielsweise konisch ausgeführt sein etc.
[0024] Ein einfaches und robustes Antriebsmittel erhält man, wenn der Antrieb einen Motor und ein Getriebe aufweist, wobei das Fördermittel des Antriebs mittels der Winde des Antriebs geführt
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ist, auf die Winde aufwickelbar ist und von der Winde abwickelbar ist, und wobei zur Drehmomentübertragung von dem Motor über das Getriebe auf die Winde der Motor mit dem Getriebe gekoppelt ist und das Getriebe mit der Winde gekoppelt ist.
[0025] Eine mechanische Kopplung von Wickelvorgängen der Winde bezüglich des Fördermittels mit Spannungs- und Entspannungsvorgängen der Triebfeder wird erreicht, wenn die Triebfeder mit der Winde zu einer mechanischen Parallelschaltung verbunden ist.
Die Triebfeder kann beispielsweise mit der Winde einerseits und mit einem Gehäuse des Antriebs oder einem anderen Bauteil, welches relativ zu der Winde in Ruhe verharrend angeordnet ist, andererseits verbunden sein etc.
[0026] Eine Versorgung eines Fahrzeugs mit Elektrizität an einer Haltestelle, in einem Depot oder an einer Ladestation etc. wird mit einer erfindungsgemäßen Stromversorgungseinrichtung mit zumindest einer erfindungsgemäßen Stromversorgungsvorrichtung und mit einer Haltevorrichtung ermöglicht, wobei unterhalb der Haltevorrichtung ein Fahrzeug anordenbar ist und die Kontaktvorrichtung der zumindest einen Stromversorgungsvorrichtung zu dem Fahrzeug hin absenkbar mit der Haltevorrichtung verbunden ist.
Die Stromversorgungsvorrichtung kann beispielsweise über die Haltevorrichtung mit einer Decke einer die Stromversorgungseinrichtung bildenden Halle oder mit einer Traverse eines die Stromversorgungseinrichtung bildenden Ladegerüsts etc. verbunden sein.
Mit der Stromversorgungseinrichtung können beispielsweise elektrische Versorgungsleitungen der Stromversorgungsvorrichtung verbunden sein, welche über die Stromversorgungseinrichtung z.B. an ein Elektrizitätsnetz angeschlossen sein können.
[0027] Ein erfolgversprechendes Anwendungsgebiet für die erfindungsgemäße Stromversorgungsvorrichtung und die erfindungsgemäße Stromversorgungseinrichtung kann mit einem mittels einer erfindungsgemäßen Stromversorgungsvorrichtung mit elektrischem Strom versorgbaren und unterhalb einer erfindungsgemäßen Stromversorgungseinrichtung anordenbaren, erfindungsgemäßen Fahrzeug mit zumindest einer Andockvorrichtung erschlossen werden, wobei die zumindest eine Andockvorrichtung mit der Stromversorgungsvorrichtung in einen mechanischen und elektrischen Kontakt bringbar ausgebildet ist, wobei die zumindest eine Andockvorrichtung mechanisch und elektrisch kompatibel mit der Stromversorgungsvorrichtung ausgeführt ist.
Die Kontaktvorrichtung der Stromversorgungsvorrichtung kann beispielsweise voneinander beabstandete erste Kontaktschienen aufweisen, welche mit zweiten Kontaktschienen der Andockvorrichtung in Kontakt gebracht werden können, wobei die ersten Kontaktschienen rechtwinklig zu den zweiten Kontaktschienen angeordnet sein können, etc. Die Andockvorrichtung kann beispielsweise auf einem Dach des Fahrzeugs angeordnet sein, wobei elektrische Fahrzeugleitungen von der Andockvorrichtung z.B. zu einem Akkumulator des Fahrzeugs geführt sein können etc. Der Akkumulator kann beispielsweise mittels der Stromversorgungsvorrichtung geladen werden. Das Fahrzeug kann beispielsweise ein elektrischer Bus, ein elektrischer Lastkraftwagen oder ein elektrisches Schienenfahrzeug etc. sein.
[0028] Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. [0029] Es zeigen beispielhaft:
[0030] Fig. 1: Einen Seitenriss einer beispielhaften ersten Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Stromversorgungsvorrichtung, welche mit einer beispielhaften ersten Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Stromversorgungseinrichtung verbunden ist, wobei ein Antrieb der Stromversorgungsvorrichtung auf der Stromversorgungseinrichtung gelagert ist und wobei die Stromversorgungsvorrichtung an eine beispielhafte erste Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs angedockt werden kann,
[0031] Fig. 2: Diagramme, welche einen Federdrehmomentverlauf einer Triebfeder, einen Förderkraftverlauf eines Fördermittels eines Antriebs und einen Antriebsdrehmomentverlauf eines Motors des Antriebs jener beispielhaften ersten Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Stromversorgungsvorrichtung gemäß Fig. 1 darstellen, und
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[0032] Fig. 3: Einen Seitenriss einer beispielhaften zweiten Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Stromversorgungsvorrichtung, welche mit einer beispielhaften zweiten Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Stromversorgungseinrichtung verbunden ist, wobei ein Antrieb der Stromversorgungsvorrichtung auf einer Kontaktvorrichtung der Stromversorgungsvorrichtung gelagert ist und wobei die Stromversorgungsvorrichtung an eine beispielhafte zweite Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs angedockt werden kann.
[0033] Ein in Fig. 1 dargestellter schematischer Seitenriss zeigt eine beispielhafte erste Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Stromversorgungsvorrichtung.
Die Stromversorgungsvorrichtung ist für einen elektrischen Autobus, d.h. für ein Nutzfahrzeug konfiguriert und umfasst eine metallische Kontaktvorrichtung 1, eine metallische Führungsvorrichtung 2 sowie einen Antrieb 3, aus welchen ein invertierter Ladestromabnehmer gebildet ist. Bei dem Autobus handelt es sich um eine beispielhafte erste Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs. Erfindungsgemäß ist es jedoch auch vorstellbar, dass das Fahrzeug z.B. als elektrischer Lastkraftwagen oder als elektrisches Schienenfahrzeug etc. ausgebildet ist.
[0034] Die Kontaktvorrichtung 1 ist zur Bildung eines elektrischen Kontakts zwischen der Kontaktvorrichtung 1 und dem Fahrzeug zu dem Fahrzeug hin absenkbar. Fig. 1 zeigt einen teilweise abgesenkten Zustand der Kontaktvorrichtung 1. In einem voll abgesenkten Zustand der Kontaktvorrichtung 1 kontaktiert die Kontaktvorrichtung 1 eine Andockvorrichtung 4 auf einem Dach 5 des Fahrzeugs.
Die Andockvorrichtung 4 ist somit mit der Stromversorgungsvorrichtung in einen mechanischen und elektrischen Kontakt bringbar ausgebildet und ist mechanisch sowie elektrisch kompatibel mit der Stromversorgungsvorrichtung ausgeführt.
Ein in Fig. 1 nicht dargestellter Lithium-lonen-Akkumulator des Fahrzeugs ist so mittels der Stromversorgungsvorrichtung mit elektrischem Strom versorgbar und kann so geladen werden. Der Lithium-lonen-Akkumulator ist mit der Andockvorrichtung 4 über in Fig. 1 nicht dargestellte elektrische Fahrzeugleitungen verbunden.
[0035] Die Führungsvorrichtung 2 ist zur Stabilisierung einer Bewegung der Kontaktvorrichtung 1 gelenkig mit der Kontaktvorrichtung 1 und, zur Lagerung der Stromversorgungsvorrichtung, gelenkig mit einer beispielhaften ersten Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Stromversorgungseinrichtung verbunden. Die Stromversorgungseinrichtung ist als Ladestation in einem Fahrzeugdepot ausgeführt und weist eine als Traverse ausgebildete Haltevorrichtung 6 auf, mit welcher die Führungsvorrichtung 2 und, über die Führungsvorrichtung 2, die Kontaktvorrichtung 1 verbunden sind. Die Führungsvorrichtung 2 ist, beispielsweise zu Wartungszwecken, lösbar mit der Haltevorrichtung 6 der Stromversorgungseinrichtung verbunden.
Unterhalb der Haltevorrichtung 6 der Stromversorgungseinrichtung ist das Fahrzeug angeordnet.
[0036] Die Führungsvorrichtung 2 weist eine Mehrzahl an Scherenhebeln auf, die in jenem in Fig. 1 gezeigten Zustand der Stromversorgungsvorrichtung parallelogrammförmig angeordnet sind. Die Führungsvorrichtung 2 weist sechs Scherenhebel auf. Erfindungsgemäß ist es jedoch auch möglich, dass die Senkvorrichtung eine geringere Anzahl an Scherenhebeln, beispielsweise vier Scherenhebel, oder eine größere Anzahl an Scherenhebeln umfasst.
Ein erstes Ende eines ersten Scherenhebels 7 und ein zweites Ende eines zweiten Scherenhebels 8 sind gelenkig mit der Kontaktvorrichtung 1 verbunden. Der erste Scherenhebel 7 und der zweite Scherenhebel 8 sind aufeinander zulaufend und im Bereich des ersten Endes und des zweiten Endes einander überlappend angeordnet.
Ein drittes Ende des ersten Scherenhebels 7 ist gelenkig mit einem vierten Ende eines dritten Scherenhebels 9 gekoppelt, ein fünftes Ende des zweiten Scherenhebels 8 gelenkig mit einem sechsten Ende eines vierten Scherenhebels 10. Der dritte Scherenhebel 9 und der vierte Scherenhebel 10 sind einander überkreuzend angeordnet, wobei ein siebentes Ende des dritten Scherenhebels 9 gelenkig mit einem achten Ende eines fünften Scherenhebels 11 und ein neuntes Ende des vierten Scherenhebels 10 gelenkig mit einem zehnten Ende eines sechsten Scherenhebels 12 gekoppelt ist.
Über ein elftes Ende des fünften Scherenhebels 11 und ein zwölftes Ende des sechsten Sche-
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renhebels 12 ist die Führungsvorrichtung 2 zu dem Fahrzeug hin absenkbar und gelenkig mit der Haltevorrichtung 6 gekoppelt. Dadurch ist die Kontaktvorrichtung 1 zu dem Fahrzeug hin absenkbar mit der Haltevorrichtung 6 verbunden.
Der fünfte Scherenhebel 11 und der sechste Scherenhebel 12 sind aufeinander zulaufend und im Bereich des elften Endes und des zwölften Endes einander überlappend angeordnet.
[0037] Der Antrieb 3 ist als motorisierter Windenantrieb, welcher als Seilzug ausgeführt ist, ausgebildet.
Der Antrieb 3 umfasst einen als Elektromotor ausgeführten Motor 13, ein Getriebe 14 eine Winde 15, ein Fördermittel 16 sowie eine als metallische Bandfeder ausgeführte Triebfeder 17. Erfindungsgemäß ist es jedoch auch denkbar, die Triebfeder 17 beispielsweise als Spiralfeder auszubilden etc. Die Winde 15 ist für eine Manipulation des Fördermittels 16 ausgebildet, wobei das Fördermittel 16 als Seil ausgeführt ist. Das Fördermittel 16 ist mittels der Winde 15 geführt, auf die Winde 15 aufwickelbar und von der Winde 15 abwickelbar. In jenem in Fig. 1 gezeigten, teilweise abgesenkten Zustand der Kontaktvorrichtung 1 ist das Fördermittel 16 teilweise auf die Winde 15 aufgewickelt. Der Antrieb 3 ist zur Bewegung der Kontaktvorrichtung 1 mit der Haltevorrichtung 6 der Stromversorgungseinrichtung verbunden und auf der Haltevorrichtung 6 gelagert. Das Fördermittel 16 ist gelenkig mit der Kontaktvorrichtung 1 gekoppelt. Erfindungsgemäß ist es jedoch auch vorstellbar, dass der Antrieb 3 z.B. auf der Kontaktvorrichtung 1 gelagert und mit der Kontaktvorrichtung 1 verbunden ist, wobei das Fördermittel 16 beispielsweise gelenkig mit der Haltevorrichtung 6 gekoppelt ist.
Die Winde 15 weist einen in Richtung einer Windenlängsachse 18 und zu jenem Teil des Fördermittels 16, welcher mit der Kontaktvorrichtung 1 gekoppelt ist, hin abnehmenden Durchmesser auf. Die Winde 15 ist konisch ausgebildet und verjüngt sich, bezogen auf Fig. 1, von rechts nach links.
[0038] Zur Drehmomentübertragung von dem Motor 13 über das Getriebe 14 auf die Winde 15 ist der Motor 13 mit dem Getriebe 14 und ist das Getriebe 14 mit der Winde 15 gekoppelt. Der Antrieb 3 ist zur Versorgung des Antriebs 3 mit elektrischem Strom über in Fig. 1 nicht gezeigte Antriebsleitungen mit einem Elektrizitätsnetz verbunden.
Die Triebfeder 17 ist dem Getriebe 14 und der Winde 15 zwischengeordnet sowie mit der Winde 15 und mit einem in Fig. 1 nicht gezeigten Gehäuse des Antriebs 3 verbunden. Erfindungsgemäß ist es beispielsweise auch vorstellbar, dass die Triebfeder 17 mit der Winde 15 und mit einem anderen Bauteil, welches relativ zu der Winde 15 in Ruhe verharrend angeordnet ist, verbunden ist etc.
Die Triebfeder 17 ist mit der Winde 15 zu einer mechanischen Parallelschaltung verbunden.
[0039] Der Antrieb 3 ist zur Bewegung der Kontaktvorrichtung 1 eingerichtet und hierfür über das Fördermittel 16 mit der Kontaktvorrichtung 1 gekoppelt.
Über einen in Fig. 1 nicht gezeigten Bedienrechner in dem Fahrzeugdepot kann der Antrieb 3 einund ausgeschaltet werden und können Drehzahlen des Antriebs 3 eingestellt werden. Hierzu ist der Antrieb 3 über in Fig. 1 nicht dargestellte Signalleitungen mit dem Bedienrechner verbunden.
[0040] Die Triebfeder 17 ist über die Winde 15 und das Fördermittel 16 mit der Kontaktvorrichtung 1 gekoppelt. Bei einem Absenkvorgang der Kontaktvorrichtung 1 wird die Triebfeder 17 gespannt. Die Triebfeder 17 weist in einem abgesenkten ersten Zustand der Kontaktvorrichtung 1 eine gröBere Spannenergie auf als in einem über den abgesenkten ersten Zustand der Kontaktvorrichtung 1 angehobenen zweiten Zustand der Kontaktvorrichtung 1. Unter Umwandlung der Spannenergie der Triebfeder 17 kann die Kontaktvorrichtung 1 daher aus dem abgesenkten ersten Zustand der Kontaktvorrichtung 1 angehoben und in eine eingeholte Position nahe der Haltevorrichtung 6 geführt werden. Die Kontaktvorrichtung 1 kann also mittels der Triebfeder 17 automatisch rückgeholt werden (beispielsweise dann, wenn der Motor 13 aufgrund eines Stromausfalls stromlos ist).
[0041] Für einen Hebevorgang der Kontaktvorrichtung 1 mittels der Triebfeder 17 aus dem abgesenkten ersten Zustand der Kontaktvorrichtung 1 ist die Kontaktvorrichtung 1 mittels der Spannenergie der Triebfeder 17 in dem abgesenkten ersten Zustand der Kontaktvorrichtung 1 unter
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Überwindung von Gewichtskräften der Kontaktvorrichtung 1, der Führungsvorrichtung 2 sowie des Fördermittels 16 und unter Überwindung eines Losbrechdrehmoments und/oder einer Losbrechkraft des Antriebs 3 anhebbar. Die Triebfeder 17 ist so dimensioniert, dass mit ihr ein ausreichendes Federdrehmoment gebildet werden kann.
[0042] In dem voll abgesenkten Zustand der Kontaktvorrichtung 1 kontaktieren in Fig. 1 nicht gezeigte erste Kontaktschienen der Kontaktvorrichtung 1 in Fig. 1 ebenfalls nicht dargestellte zweite Kontaktschienen der Andockvorrichtung 4 und die Kontaktvorrichtung 1 ist auf der Andockvorrichtung 4 abgestützt.
Die ersten Kontaktschienen und die zweiten Kontaktschienen sind als elektrische Leiter ausgebildet und rechtwinklig zueinander ausgerichtet. Die ersten Kontaktschienen und die zweiten Kontaktschienen können einander in überkreuzter Ausrichtung mechanisch kontaktieren.
Bei einem Kontakt zwischen den ersten Kontaktschienen und den zweiten Kontaktschienen wird eine elektrisch leitende Verbindung gebildet. Die Andockvorrichtung 4 ist somit mechanisch und elektrisch kompatibel mit der Stromversorgungsvorrichtung ausgeführt.
[0043] Mit der Führungsvorrichtung 2 und mit der Kontaktvorrichtung 1 sind in Fig. 1 nicht dargestellte Versorgungsleitungen der Stromversorgungsvorrichtung verbunden.
Die Versorgungsleitungen sind elektrisch an die ersten Kontaktschienen der Kontaktvorrichtung 1 sowie, über die Haltevorrichtung 6 und elektrische Anschlüsse des Fahrzeugdepots, an das Elektrizitätsnetz angeschlossen.
[0044] In Fig. 2 sind Diagramme dargestellt, wobei ein erstes Diagramm 19 einen Federdrehmomentverlauf 22 einer Triebfeder 17, wie sie beispielhaft in Fig. 1 gezeigt ist, offenbart, wobei ein zweites Diagramm 20 einen Förderkraftverlauf 23 eines Fördermittels 16 eines Antriebs 3, wie er beispielhaft in Fig. 1 gezeigt ist, offenbart und wobei ein drittes Diagramm 21 einen Antriebsdrehmomentverlauf 24 eines Motors 13 des Antriebs 3 offenbart.
Zusätzlich zeigt das erste Diagramm 19 einen Windungsradiusverlauf 25 des Fördermittels 16 auf einer Winde 15 des Antriebs 3 und zeigt das zweite Diagramm 20 einen Kontaktkraftverlauf 26 zwischen einer Kontaktvorrichtung 1, wie sie beispielhaft in Fig. 1 gezeigt ist, und einer Andockvorrichtung 4 eines Fahrzeugs, wie es beispielhaft in Fig. 1 dargestellt ist.
Das erste Diagramm 19, das zweite Diagramm 20 und das dritte Diagramm 21 zeigen einen Arbeitsbereich 27 jener beispielhaften ersten Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Stromversorgungsvorrichtung, wie sie beispielhaft in Fig. 1 gezeigt ist.
[0045] Auf einer ersten x-Achse 28 des ersten Diagramms 19, einer zweiten x-Achse 29 des zweiten Diagramms 20 und einer dritten x-Achse 30 des dritten Diagramms 21 ist ein Drehwinkel des Antriebs 3 bei einem Absenkvorgang der Kontaktvorrichtung 1 aufgetragen.
Auf einer ersten y-Achse 31 des ersten Diagramms 19 sind ein Federdrehmoment der Triebfeder 17 und ein Windungsradius der Winde 15 aufgetragen, welche mit zunehmendem Drehwinkel linear zunehmen. Das mit dem Drehwinkel zunehmende Federdrehmoment bewirkt, dass die Kontaktvorrichtung 1 mittels einer Spannenergie der Triebfeder 17 aus einem abgesenkten Zustand der Kontaktvorrichtung 1 angehoben und rückgeholt werden kann.
[0046] Auf einer zweiten y-Achse 32 des zweiten Diagramms 20 sind eine Förderkraft des Fördermittels 16 und eine Kontaktkraft zwischen der Kontaktvorrichtung 1 der Stromversorgungsvorrichtung und der Andockvorrichtung 4 des Fahrzeugs aufgetragen. Die Förderkraft ist mit zunehmendem Drehwinkel zunächst konstant und sinkt bei einem Absetzen der Kontaktvorrichtung 1 auf der Andockvorrichtung 4 ab, wobei die Kontaktkraft zunimmt.
Auf einer dritten y-Achse 33 des dritten Diagramms 21 ist ein Antriebsdrehmoment des Motors 13 aufgetragen, welches bei zunehmendem Drehwinkel zunächst konstant ist, mit dem Absetzen der Kontaktvorrichtung 1 auf der Andockvorrichtung 4 zunimmt und kurzzeitig ein Niveau wie das Federdrehmoment bei dem Absetzen der Kontaktvorrichtung 1 auf der Andockvorrichtung 4 erreicht.
[0047] Fig. 3 zeigt einen Seitenriss einer beispielhaften zweiten Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Stromversorgungsvorrichtung, welche mit einer beispielhaften zweiten Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Stromversorgungseinrichtung verbunden ist.
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Die Stromversorgungsvorrichtung kann an eine beispielhafte zweite Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs angedockt werden.
[0048] Jene in Fig. 3 gezeigten, beispielhaften zweiten Ausführungsvarianten einer erfindungsgemäßen Stromversorgungsvorrichtung, einer erfindungsgemäßen Stromversorgungseinrichtung und eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs ähneln jenen in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsvarianten einer erfindungsgemäßen Stromversorgungsvorrichtung, einer erfindungsgemäßen Stromversorgungseinrichtung und eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs. Es werden daher in Fig. 3 teilweise gleiche Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet.
[0049] Im Unterschied zu Fig. 1 ist bei der beispielhaften zweiten Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Stromversorgungsvorrichtung ein Antrieb 3 der Stromversorgungsvorrichtung auf einer Kontaktvorrichtung 1 der Stromversorgungsvorrichtung gelagert und mit der Kontaktvorrichtung 1 verbunden, wobei ein als Seil ausgeführtes Fördermittel 16 des Antriebs 3 gelenkig mit einer Haltevorrichtung 6 der Stromversorgungseinrichtung gekoppelt ist.
Der als Seilzug ausgeführte Antrieb 3 ist als motorisierter Windenantrieb mit einer Winde 15 für das Fördermittel 16 ausgebildet, wobei die Winde 15 einen in Richtung einer Windenlängsachse 18 und zu jenem Teil des Fördermittels 16, welcher mit der Haltevorrichtung 6 gekoppelt ist, hin abnehmenden Durchmesser aufweist.
Der Antrieb 3 umfasst ferner einen Motor 13, ein Getriebe 14 sowie eine Triebfeder 17 und ist im Hinblick auf funktionale Prinzipien und auf seine Komponenten wie im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben ausgeführt.
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LISTE DER BEZEICHNUNGEN
1 Kontaktvorrichtung 2 Führungsvorrichtung
3 Antrieb 4 Andockvorrichtung 5 Dach
6 Haltevorrichtung
7 Erster Scherenhebel
8 Zweiter Scherenhebel 9 Dritter Scherenhebel 10 Vierter Scherenhebel 11 Fünfter Scherenhebel 12 Sechster Scherenhebel
13 Motor 14 Getriebe 15 Winde
16 Fördermittel
17 Triebfeder
18 Windenlängsachse
19 Erstes Diagramm
20 Zweites Diagramm
21 Drittes Diagramm
22 Federdrehmomentverlauf 23 F6örderkraftverlauf
24 Antriebsdrehmomentverlauf 25 Windungsradiusverlauf 26 Kontaktkraftverlauf
27 Arbeitsbereich
28 Erste x-Achse
29 Zweite x-Achse
30 Dritte x-Achse
31 Erste y-Achse
32 Zweite y-Achse
33 Dritte y-Achse

Claims (15)

x bes AT 528 140 B1 2025-12-15 Ss N Patentansprüche
1. Stromversorgungsvorrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Nutzfahrzeug wie einen elektrischen Bus oder einen elektrischen Lastkraftwagen oder für ein Schienenfahrzeug, mit einer Kontaktvorrichtung (1), welche zur Bildung eines elektrischen Kontakts zwischen der Kontaktvorrichtung (1) und einem Fahrzeug zu dem Fahrzeug hin absenkbar ist, sowie mit einem Antrieb (3), welcher ein Fördermittel (16) aufweist, wobei für eine Bewegung der Kontaktvorrichtung (1) entweder der Antrieb (3) mit einer Stromversorgungseinrichtung verbindbar ist und das Fördermittel (16) mit der Kontaktvorrichtung (1) gekoppelt ist oder der Antrieb (3) mit der Kontaktvorrichtung (1) verbunden ist und das Fördermittel (16) mit der Stromversorgungseinrichtung koppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (3) eine Triebfeder (17) aufweist, welche über das Fördermittel (16) mit der Kontaktvorrichtung (1) gekoppelt ist, wobei für einen Hebevorgang der Kontaktvorrichtung (1) die Triebfeder (17) in einem abgesenkten ersten Zustand der Kontaktvorrichtung (1) eine größere Spannenergie aufweist als in einem über den abgesenkten ersten Zustand der Kontaktvorrichtung (1) angehobenen zweiten Zustand der Kontaktvorrichtung (1).
2. Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für den Hebevorgang der Kontaktvorrichtung (1) aus dem abgesenkten ersten Zustand der Kontaktvorrichtung (1) die Kontaktvorrichtung (1) mittels der Spannenergie der Triebfeder (17) in dem abgesenkten ersten Zustand der Kontaktvorrichtung (1) unter Überwindung von Gewichtskräften zumindest der Kontaktvorrichtung (1) und des Antriebs (3) und unter Überwindung eines Losbrechdrehmoments und/oder einer Losbrechkraft des Antriebs (3) anhebbar ist.
3. Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Kontaktvorrichtung (1) und dem Antrieb (3) ein invertierter Stromabnehmer gebildet ist.
4. Stromversorgungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Triebfeder (17) als Bandfeder oder als Spiralfeder ausgebildet ist.
5. Stromversorgungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Führungsvorrichtung (2) der Stromversorgungsvorrichtung zur Stabilisierung der Bewegung der Kontaktvorrichtung (1) mit der Kontaktvorrichtung (1) gekoppelt und mit der Stromversorgungseinrichtung verbindbar ist.
6. Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsvorrichtung (2) gelenkig mit der Kontaktvorrichtung (1) gekoppelt ist.
7. Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsvorrichtung (2) gelenkig mit der Stromversorgungseinrichtung verbindbar ist.
8. Stromversorgungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsvorrichtung (2) eine Mehrzahl an Scherenhebeln aufweist.
9. Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsvorrichtung (2) zumindest vier Scherenhebel, bevorzugt sechs Scherenhebel aufweist.
10. Stromversorgungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Fördermittel (16) gelenkig mit der Kontaktvorrichtung (1) gekoppelt ist oder gelenkig mit der Stromversorgungseinrichtung koppelbar ist.
11. Stromversorgungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (3) als Windenantrieb mit einer Winde (15) für das Fördermittel (16) ausgebildet ist, wobei die Winde (15) einen in Richtung einer Windenlängsachse (18) und zu jenem Teil des Fördermittels (16), welcher mit der Kontaktvorrichtung (1) gekoppelt ist oder mit der Stromversorgungseinrichtung koppelbar ist, hin abnehmenden Durchmesser aufweist.
12. Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (3) einen Motor (13) und ein Getriebe (14) aufweist, wobei das Fördermittel (16) des
10 / 14
Antriebs (3) mittels der Winde (15) des Antriebs (3) geführt ist, auf die Winde (15) aufwickelbar ist und von der Winde (15) abwickelbar ist, und wobei zur Drehmomentübertragung von dem Motor (13) über das Getriebe (14) auf die Winde (15) der Motor (13) mit dem Getriebe (14) gekoppelt ist und das Getriebe (14) mit der Winde (15) gekoppelt ist.
13. Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Triebfeder (17) mit der Winde (15) zu einer mechanischen Parallelschaltung verbunden ist.
14. Stromversorgungseinrichtung mit zumindest einer Stromversorgungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 und mit einer Haltevorrichtung (6), dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb der Haltevorrichtung (6) ein Fahrzeug anordenbar ist und die Kontaktvorrichtung (1) der zumindest einen Stromversorgungsvorrichtung zu dem Fahrzeug hin absenkbar mit der Haltevorrichtung (6) verbunden ist.
15. Mittels einer Stromversorgungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 mit elektrischem Strom versorgbares und unterhalb einer Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 14 anordenbares Fahrzeug mit zumindest einer Andockvorrichtung (4), dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Andockvorrichtung (4) mit der Stromversorgungsvorrichtung in einen mechanischen und elektrischen Kontakt bringbar ausgebildet ist, wobei die zumindest eine Andockvorrichtung (4) mechanisch und elektrisch kompatibel mit der Stromversorgungsvorrichtung ausgeführt ist.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
ATA50278/2024A 2024-03-29 2024-03-29 Stromversorgungsvorrichtung, Stromversorgungseinrichtung und Fahrzeug AT528140B1 (de)

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