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Die Erfindung betrifft eine Ladeeinrichtung für ein Elektrofahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Ein Elektrofahrzeug ist ein Fahrzeug, welches mit Hilfe eines Elektromotors angetrieben wird. Der Elektromotor bezieht seinen Strom über eine Batterie, die im Elektrofahrzeug untergebracht ist. Diese Batterie muss nach einem Entladen wieder aufgeladen werden. Für ein Aufladen der Batterie dient eine Ladeeinrichtung im Sinne der vorliegenden Erfindung. Die Ladeeinrichtung kann Teil des Elektrofahrzeugs oder Teil einer Ladestation sein. Eine Ladestation meint eine Station, die so eingerichtet ist, dass die Batterie eines Elektrofahrzeugs aufgeladen werden kann, wenn die Ladeeinrichtung des Elektrofahrzeugs mit der Ladeeinrichtung der Ladestation elektrisch verbunden worden ist. Die Ladeeinrichtung umfasst elektrische Kontakte für ein elektrisches Verbinden mit elektrischen Kontakten einer weiteren Ladeeinrichtung. An die elektrischen Kontakte sind elektrisch leitende Kabel angeschlossen, die mit der Ladestation oder mit dem Elektrofahrzeug an vorgesehener Stelle verbunden sind.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2009 052 366 A1 geht eine Ladeeinrichtung eines Elektrofahrzeugs hervor, welches zum einen eine Steckdose beziehungsweise eine Ladebuchse und zum anderen einen Ladestecker umfasst, der mit einem Elektrokabel verbunden ist. Ladestecker und Ladebuchse sind hinter einem oder zwei Deckeln der Karosserie des Elektrofahrzeugs untergebracht. Für ein Aufladen kann der Ladestecker nach dem Öffnen des entsprechenden Deckels herausgezogen und in eine Steckdose eingesteckt werden. Umgekehrt kann ein externer Ladestecker, der mit einem Elektrokabel verbunden ist, in die Steckdose des Elektrofahrzeugs gesteckt werden, um das Fahrzeug aufzuladen. Aus dieser Druckschrift
DE 10 2009 052 366 A1 gehen verschiedene Möglichkeiten hervor, das Elektrokabel geeignet im Elektrofahrzeug unterzubringen. So wird eine Trommel mit Einzug vorgeschlagen, auf der das Elektrokabel aufgewickelt werden kann. Federkräfte können vorgesehen sein, um ein Elektrokabel in einen Innenraum einziehen zu können. Optional kann zusätzlich ein Servomotor vorgesehen sein.
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In die Steckdose des Kraftfahrzeugs wird der Ladestecker des Kraftfahrzeugs eingesteckt, wenn nicht aufgeladen wird, um so den Ladestecker bei Nichtgebrauch zu fixieren.
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Aus der Druckschrift
DE 44 46 406 A1 geht ein Stromempfangsstecker für ein Aufladen einer Batterie eines Elektrofahrzeugs mit Wechselstrom sowie mit Gleichstrom hervor. Der Stromempfangsstecker umfasst einen Wechselstromempfangsabschnitt und einen davon getrennten Gleichstromempfangsabschnitt. Beide Abschnitte können durch eine erste Kappe abgedeckt werden. In die erste Kappe ist eine zweite Kappe integriert, welche im geöffneten Zustand einen eingeschränkten Zugang zu dem Wechselstromabschnitt ermöglicht.
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Ein elektrisches Verbindungselement für ein Elektrofahrzeug, das sowohl für ein Aufladen mittels Gleichstrom als auch für ein Aufladen mittels Wechselstrom vorgesehen ist, ist ferner aus der
US 5,758,414 A bekannt.
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Um eine Verbindung zwischen einem Ladestecker und einer Ladebuchse während eines Aufladens einer Batterie eines Elektrofahrzeugs zu schützen, wird eine solche Verbindung während des Aufladens verriegelt. So geht aus der Druckschrift
DE 196 42 687 A1 ein Stellantrieb hervor, mit dem die Verbindung eines Ladesteckers und einer Ladebuchse eines Elektrokraftfahrzeugs verriegelt wird.
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Aus der Druckschrift
DE 195 44 942 A1 ist eine Ladeeinrichtung für ein Elektrofahrzeug mit eine Mehrzahl von elektrischen Kontakten für ein Aufladen der Batterie bekannt, die ein Antriebsmittel für ein elektrisches Verbinden der Ladeeinrichtung mit einer weiteren Ladeeinrichtung aufweist.
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Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren für ein einfaches und/ oder sicheres Aufladen eines Elektrofahrzeugs bereitzustellen.
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Zur Lösung der Aufgabe umfasst eine Ladeeinrichtung die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Zur Lösung der Aufgabe weist eine Ladeeinrichtung für ein Elektrofahrzeug eine Mehrzahl von elektrischen Kontakten auf, mit denen eine Batterie eines Elektrofahrzeugs mit Gleichstrom und/ oder Wechselstrom aufgeladen werden kann. Die elektrischen Kontakte für Wechselstrom können für ein Aufladen mit Einphasenwechselstrom und/ oder für ein Aufladen mit Mehrphasenwechselstrom, so zum Beispiel mit Dreiphasenwechselstrom vorgesehen sein.
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Die Ladeeinrichtung umfasst weiter wenigstens ein Antriebsmittel, mit dem die Ladeeinrichtung mit einer weiteren Ladeeinrichtung elektrisch verbunden werden kann, um anschließend das Elektrofahrzeug aufladen zu können. Alternativ oder ergänzend kann mit dem wenigstens einen Antriebsmittel eine solche elektrische Verbindung gelöst werden. Das mit dem Antriebsmittel durchgeführte elektrische Verbinden erfolgt bevorzugt erst im Anschluss an ein mechanisches Verbinden der beiden Ladeeinrichtungen. Von der vorliegenden Erfindung ist aber auch umfasst, dass das Antriebsmittel in einem Schritt sowohl elektrisch als auch mechanisch verbindet. Die Ladeeinrichtung umfasst weiter einen Hebel für ein Verriegeln einer mechanischen Verbindung der Ladeeinrichtung mit einer weiteren Ladeeinrichtung und zwar vorzugsweise mittels einer Verriegelungseinrichtung, die am Rand der Ladeeinrichtung angeordnet ist und zwar in Aufsicht auf die elektrischen Kontakte gesehen. Erfindungsgemäß ist der Hebel mit einem bewegbaren Schlitten oder mit einer linear bewegbaren Spindel so verbunden, dass durch eine Schlittenbewegung oder Spindelbewegung verriegelt und/oder entriegelt werden kann.
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Die Schnecke und/ oder Spindel wird insbesondere durch einen elektrischen Antrieb angetrieben, so zum Beispiel durch einen Elektromotor, In einer Ausführungsform sind die bewegbaren elektrischen Kontakte mit dem Schlitten so verbunden, dass eine Bewegung des Schlittens eine entsprechende Bewegung der elektrischen Kontakte von der Ausgangsstellung in die Endstellung und/ oder umgekehrt bewirkt. Eine Bewegung des Schlittens verschwenkt den Hebel. Das Verschwenken des Hebels bewirkt mittelbar oder unmittelbar das Verschwenken eines Verriegelungsmittels, um eine mechanische Verbindung zwischen der Ladeeinrichtung und einer weiteren Ladeeinrichtung zu verriegeln oder zu entriegeln.
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Hat das Verriegelungselement die Verriegelungsposition erreicht, so ist dann eine mechanische Verbindung zwischen zwei Ladeeinrichtungen verriegelt und kann nicht mehr durch Unbefugte gelöst werden.
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Durch den Hebel, der der Verriegelung oder der Entriegelung dient, kann der Verriegelungsort vom Ort des Schlittens räumlich getrennt werden. Es ist so möglich, den Schlitten zentral innerhalb der Ladeeinrichtung zu positionieren, um so mit einer zentral angreifenden Kraft elektrische Kontakte zu bewegen. Dies ist wichtig, um mehrere elektrische Kontakte möglichst störungsfrei mit nur einem Schlitten verfahren zu können. Eine zentrale Lage eines Verriegelungselements ist aber häufig weniger günstig, da im zentralen Bereich der zur Verfügung stehende Bauraum anderweitig genutzt wird und zwar vor allem für die Anordnung von elektrischen Kontakten. Eine Verriegelung findet daher in solchen Fällen bevorzugt an einem oder zwei Randbereichen der Ladeeinrichtung statt. Der Hebel ermöglicht es, die Kraft für das Bewegen von elektrischen Kontakten mit Hilfe von einem elektrischen Antrieb zentral angreifen zu lassen und dennoch eine Verriegelung im Randbereich durchzuführen, ohne dafür einen zusätzlichen elektrischen Antrieb zu benötigen.
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Insbesondere wird durch entsprechendes Bewegen des Schlittens erst die Verriegelungsposition erreicht, wenn die Ladeeinrichtung mit einer weiteren Ladeeinrichtung verbunden wird. Ein weiteres Bewegen des Schlittens in die gleiche Richtung stellt danach die elektrischen Verbindungen zwischen bewegbaren elektrischen Kontakten und den damit korrespondierenden elektrischen Kontakten der anderen Verriegelungseinrichtung her. Durch eine entgegengesetzte Schlittenbewegung werden im Fall einer mechanischen und elektrischen Verbindung zwischen den zwei Ladeeinrichtungen erst die bewegbaren elektrischen Kontakte von den Gegenkontakten weg bewegt. Anschließend wird entriegelt.
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Mit Hilfe des wenigstens einen Antriebsmittels kann alternativ, vorzugsweise aber ergänzend zusätzlich eine mechanische Verbindung zwischen der Ladeeinrichtung und der weiteren Ladeeinrichtung verriegelt und/oder entriegelt werden. Ist eine solche Verbindung verriegelt worden, so muss zunächst erst wieder entriegelt werden, um die mechanische Verbindung wieder lösen zu können.
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Wenigstens ein Antriebsmittel der Ladeeinrichtung wird also vorzugsweise in zweifacher Hinsicht genutzt und zwar zum einen für ein elektrisches Verbinden und/ oder Lösen der Ladeeinrichtung mit einer weiteren Ladeeinrichtung und zum anderen für ein Verriegeln und/ oder Entriegeln einer mechanischen Verbindung zwischen der Ladeeinrichtung und der weiteren Ladeeinrichtung. Die Verriegelung dient vor allem dem Schutz der mechanischen Verbindung beispielsweise vor unbefugter Manipulation. Das elektrische Verbinden, welches vorzugsweise getrennt von einem mechanischen Verbinden erfolgt, dient dann der Reduzierung eines manuellen Kraftaufwands, der für ein zeitgleiches mechanisches und vollständiges elektrisches Verbinden von zwei Ladeeinrichtungen aufgewendet werden muss. Die Ladeeinrichtung ist also insbesondere so beschaffen, dass diese zunächst mit einer weiteren Ladeeinrichtung mechanisch verbunden wird, ohne zugleich vollständig die vorgesehenen elektrischen Verbindungen herzustellen. Erst nach dem mechanischen Verbinden erfolgt ein Verbinden von elektrischen Kontakten und zwar insbesondere zumindest der Gruppe von elektrischen Kontakten, die den größten Kraftaufwand für ein elektrisches Verbinden erfordern. Das elektrische Verbinden von elektrischen Kontakten im Anschluss an das genannte mechanische Verbinden kann beispielsweise mit Hilfe einer Hebelmechanik manuell erfolgen. Die Hebelmechanik stellt dann das wenigstens eine Antriebsmittel dar. Vorzugsweise ist das wenigstens eine Antriebsmittel jedoch so vorgesehen, dass das elektrische Verbinden keinen manuellen Kraftaufwand erfordert.
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Das wenigstens eine Antriebsmittel umfasst insbesondere einen elektrischen Antrieb. Mit nur einem elektrischen Antrieb ist es in einer besonders bevorzugten Ausführungsform möglich, sowohl zu verriegeln und/ oder zu entriegeln als auch elektrisch zu verbinden. Dies ermöglicht es, stromsparend mit geringem Bauraum die Ziele „Verriegeln“ und „elektrisches Verbinden“ zu erreichen. Als elektrischer Antrieb kann ein Elektromotor, ein elektromagnetischer Antrieb und/ oder ein elektrischer Antrieb mit einer Formgedächtnislegierung eingesetzt sein. Die Verriegelung kann ähnlich wie die Falle eines Türschlosses als Einschnappverriegelung ausgestaltet sein. Es wird dann beispielsweise ein Verriegelungselement zunächst gegen eine Federkraft aufgrund einer Rampe zurückgedrückt, bis dieses aufgrund der Federkraft in die Verriegelungsstellung bzw. Verriegelungsposition zurück springt. Der elektrische Antrieb dient dann nur noch der Entriegelung, nicht aber der Verriegelung.
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Die Ladeeinrichtung kann Teil eines Elektrofahrzeugs sein oder aber Teil einer Ladestation, die den Strom für das Aufladen eines Elektrofahrzeugs zu liefern vermag. Die Ladestation kann Gleichstrom und/ oder Wechselstrom so zum Beispiel Drehstrom, also Dreiphasenwechselstrom oder Einphasenwechselstrom für ein Aufladen der Batterie eines Elektrofahrzeugs liefern. Wird die anspruchsgemäße Ladeeinrichtung als Teil einer Ladestation mit einer dazu korrespondierenden Ladeeinrichtung eines Elektrofahrzeugs mechanisch und elektrisch verbunden, so kann anschließend eine Batterie des Elektrofahrzeugs aufgeladen werden. Die Ladeeinrichtung kann eine konventionelle Ladebuchse oder ein konventioneller Ladestecker für ein Aufladen mit Wechselstrom oder für ein Aufladen mit Gleichstrom sein oder umfassen. Die Ladeeinrichtung kann ein aus einem Innenraum heraus und hinein bewegbares Elektrokabel mit einem daran angebrachten Ladestecker oder einer daran angebrachten Ladebuchse umfassen. Ein solches bewegbares Elektrokabel wird insbesondere mit ein oder mehreren elektrisch antreibbaren Transportrollen bewegt, die an dem Elektrokabel formschlüssig und / oder reibschlüssig anliegen.
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Vorzugsweise umfasst die Ladeeinrichtung einerseits elektrische Kontakte, die dem Aufladen mit Gleichstrom dienen, und andererseits elektrische Kontakte, die dem Aufladen mit Wechselstrom dienen. Darüber hinaus kann die Ladeeinrichtung elektrische Kontakte umfassen, die Steuerungszwecken oder anderen sekundären Zwecken dienen, so zum Beispiel der Zuführung von Strom zu einem elektrischen Antrieb oder einer elektrischen Verriegelungseinrichtung. Es stehen bei dieser Ausführungsform wenigstens zwei verschiedene Anschlussmöglichkeiten für ein Aufladen mit Strom zur Verfügung. In einer Ausführungsform dient die eine Anschlussmöglichkeit dem Aufladen insbesondere mit einem Einphasen-Wechselstrom und/ oder Drehstrom, also einem Dreiphasen-Wechselstrom, und die andere Anschlussmöglichkeit dem Aufladen mit Gleichstrom. Es kann bei dieser Ausführungsform mit konventionellem Wechselstrom eines privaten Haushalts im Privatbereich aufgeladen werden oder aber mit Gleichstrom an dafür eingerichteten Ladestationen. An den zuletzt genannten Ladestationen wird grundsätzlich mit Gleichstrom aufgeladen und zwar insbesondere mit einer Spannung, die zwischen 400 V und 700 V liegen kann, und insbesondere mit Stromstärken, die mehrere 10 A bis mehrere 100 A betragen können. Typischerweise weisen daher die elektrischen Kontakte, die dem Aufladen mit Gleichstrom dienen, einen größeren Durchmesser als die übrigen elektrischen Kontakte der Ladeeinrichtung auf.
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Vorzugsweise dient das wenigstens eine Antriebsmittel dem Bewegen von ein oder mehreren bewegbaren elektrischen Kontakten der Ladeeinrichtung ausgehend von einer Ausgangsstellung in eine Endstellung für ein elektrisches Verbinden mit ein oder mehreren elektrischen Kontakten einer weiteren Ladeeinrichtung. „Bewegen“ kann auch eine Relativbewegung meinen, bei der durch das wenigstens eine Antriebsmittel Teile der Ladeeinrichtung relativ zu den elektrischen Kontakten bewegt werden. Bewegbare elektrische Kontakte meint, dass diese elektrischen Kontakte getrennt von weiteren Teilen der Ladeeinrichtung oder zumindest relativ zu ein oder mehreren weiteren Teilen der Ladeeinrichtung mit Hilfe des wenigstens einen Antriebsmittels bewegt werden können. Bei dieser Ausführungsform wird zunächst die Ladeeinrichtung mit einer weiteren, dafür vorgesehenen Ladeeinrichtung mechanisch verbunden. Die bewegbaren elektrischen Kontakte befinden sich anfänglich noch in ihrer Ausgangsstellung, in der diese noch nicht elektrisch mit den elektrischen Kontakten der anderen bzw. weiteren Ladeeinrichtung elektrisch verbunden sind. Nach dem mechanischen Verbinden der beiden Ladeeinrichtungen werden die bewegbaren elektrischen Kontakte in die Endstellung bewegt. In der Endstellung sind die bewegbaren elektrischen Kontakte mit den elektrischen Kontakten der anderen Ladeeinrichtung elektrisch verbunden. Hierdurch wird vorteilhaft die Kraft verteilt, die erforderlich ist, um zwei Ladeeinrichtungen so zu verbinden, dass anschließend die Batterie eines zugehörigen Elektrofahrzeugs aufgeladen werden kann. Zunächst muss eine erste Kraft aufgewendet werden, um zwei Ladeeinrichtungen mechanisch miteinander zu verbinden. Bevorzugt wird diese erste Kraft manuell aufgewendet. Um nun neben einer so hergestellten mechanischen Verbindung zwischen Ladebuchse und Ladestecker und eventuell zugleich bereits hergestellten elektrischen Verbindungen zusätzlich elektrisch zu verbinden, werden die entsprechenden bewegbaren Kontakte durch das wenigstens eine Antriebsmittel in die Endstellung bewegt.
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Nach dem mechanischen Verbinden oder im Rahmen des vorgenannten mechanischen Verbindens von zwei Ladeeinrichtungen wird die mechanische Verbindung in einer Ausführungsform verriegelt, und zwar bevorzugt bevor das wenigstens eine Antriebsmittel elektrisch verbindet, also beispielsweise bewegbare elektrische Kontakte in die Endstellung bewegt. Das Verriegeln kann durch einen Sensor ausgelöst werden, wenn dieser registriert, dass zwei Ladeeinrichtungen mechanisch miteinander verbunden wurden. Durch eine solche Verriegelung kann vermieden, dass die mechanische Verbindung zwischen zwei Ladeeinrichtungen wieder gelöst wird, wenn bewegbare elektrische Kontakte in die Endstellung bewegt werden. Die Verriegelung schützt außerdem vor Missbrauch, da erst wieder entriegelt werden muss, bevor die beiden Ladeeinrichtungen voneinander getrennt werden können, damit ein Elektrofahrzeug die Ladestation wieder verlassen kann.
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Soll eine hergestellte mechanische und elektrische Verbindung zwischen zwei Ladeeinrichtungen wieder gelöst werden, so werden im Fall von bewegbaren elektrischen Kontakten diese durch den wenigstens einen Antrieb in die Endstellung bewegt und die mechanische Verbindung entriegelt. Anschließend kann die mechanische Verbindung gelöst werden, indem die eine Ladeeinrichtung von der anderen weg bewegt wird.
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Insbesondere werden die elektrischen Kontakte durch den Antrieb bewegt, die im Vergleich zu weiteren elektrischen Kontakten einen besonders großen Durchmesser aufweisen. Es handelt sich dabei in der Regel um die elektrischen Kontakte, die für ein Aufladen mit Gleichstrom vorgesehen sind. Für elektrische Kontakte mit besonders großem Durchmessern muss grundsätzlich eine relativ große Kraft aufgewendet werden, um diese mit korrespondierenden elektrischen Kontakten einer weiteren Ladeeinrichtung zu verbinden. Es ist daher zweckmäßig, dass zumindest die elektrischen Kontakte mit dem größten Durchmesser mit Hilfe des wenigstens einen Antriebsmittels zwischen der Ausgangsstellung und der Endstellung bewegt werden können.
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Bevorzugt sind aus vorgenannten Gründen also wenigstens die elektrischen Kontakte bewegbar, die dem Anschluss von Gleichstrom für ein Aufladen einer Batterie des Elektrofahrzeugs dienen. Ganz besonders bevorzugt sind nur die elektrischen Kontakte bewegbar, die dem Aufladen von Gleichstrom dienen. Dazu kann auch ein Erdungskontakt des Gleichstromanschlusses gehören. Diese Gleichstromkontakte weisen in der Regel den größten Durchmesser im Vergleich zu weiteren elektrischen Kontakten der Ladeeinrichtung auf, da durch diese regelmäßig Gleichströme mit sehr hoher Leistung fließen sollen, um so eine Batterie rasch innerhalb von wenigen Minuten, so zum Beispiel innerhalb von 10 oder 20 Minuten aufladen zu können. Aufgrund der relativ großen Durchmesser müssen grundsätzlich relativ große Kräfte für ein elektrisches Verbinden aufgewendet werden. Daher ist es zweckmäßig, dass zumindest diese Gleichstromkontakte erst nach einem mechanischen Verbinden von zwei Ladeeinrichtungen in die Endstellung bewegt werden.
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Die elektrischen Kontakte für Wechselstrom und/ oder für Steuerstrom oder andere sekundäre Zwecke sind vorzugsweise unbeweglich, um anfänglich zu einer stabilen mechanischen Verbindung von zwei Ladeeinrichtungen beizutragen, bevor ein oder mehrere weitere elektrische Kontakte von der Ausgangsstellung in die Endstellung zur Herstellung von ein oder mehreren elektrischen Verbindungen bewegt werden.
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Da durch die elektrischen Kontakte, die der Leitung von Steuerströmen oder anderen sekundären Zwecken dienen, grundsätzlich nur vergleichsweise kleine elektrische Ströme fließen, sind die Durchmesser solcher Kontakte grundsätzlich gering und zwar insbesondere geringer als die Durchmesser von elektrischen Kontakten, die der Leitung von Leistungsströmen dienen, mit denen Batterien aufgeladen werden. Bevorzugt sind daher zumindest die elektrischen Kontakte, die der Leitung von Steuerströmen oder für andere sekundäre Zwecke dienen, unbeweglich angebracht. Werden zwei Ladeeinrichtungen zunächst mechanisch verbunden, so werden dann zugleich die unbeweglichen elektrischen Kontakte miteinander elektrisch verbunden. Da die Durchmesser der elektrischen Kontakte, die Steuerströmen und/ oder anderen sekundären Zwecken dienen, grundsätzlich gering sind, ist dafür kein übermäßiger Kraftaufwand erforderlich. Eine mechanische Verbindung wird durch unbewegliche Kontakte ausgerichtet und stabilisiert, bevor weitere elektrische Verbindungen durch Bewegen von elektrischen Kontakten in die jeweilige Endstellung hergestellt werden.
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Vorteilhaft greift das wenigstens eine Antriebsmittel, so zum Beispiel der bewegbare Schlitten zwischen bewegbaren elektrischen Kontakten zentral an und zwar in Aufsicht auf die elektrischen Kontakte gesehen, die mit dem wenigstens einen Antriebsmittel bewegt werden können, um Störungen aufgrund von Kippmomenten und damit einhergehenden Verkantungen zu vermeiden. Das wenigstens eine Antriebsmittel ist in diesem Sinn insbesondere zwischen bewegbaren elektrischen Kontakten zentral angeordnet ist, die den größten Durchmesser aufweisen, da diese grundsätzlich eine besonders große Kraft erfordern, um durch Bewegen in die Endstellung einen elektrischen Kontakt mit den dafür vorgesehenen korrespondierenden elektrischen Kontakten des anderen Ladeverbindungselements herzustellen.
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In einer Ausführungsform umfasst die Ladeeinrichtung ein Einschnappelement, welches in ein damit korrespondierendes Element einer weiteren korrespondierenden Ladeeinrichtung einzuschnappen vermag. Werden die beiden Ladeeinrichtungen miteinander mechanisch verbunden, so schnappt das Einschnappelement in das korrespondierende Element ein und stellt so eine Einschnappverbindung her. Ist eine Einschnappverbindung hergestellt, so sind die beiden Ladeeinrichtungen miteinander mechanisch verbunden. Vorteilhaft signalisiert das Einschnappen akustisch und / oder haptisch, dass die angestrebte mechanische Verbindung ordnungsgemäß hergestellt worden ist.
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In einer Ausführungsform der Erfindung wird die Einschnappverbindung durch ein Verriegelungselement verriegelt und zwar in einer Ausführungsform durch ein zusammen mit dem Schlitten bewegbares Verriegelungselement. Zu diesem Zweck bewegt sich das bewegbare Verriegelungselement beispielsweise vor eine elastische Lasche mit Rastnase und verhindert so, dass die Rastnase aus einer Rastnut der Einschnappverbindung heraus bewegt werden kann. Ist die Einschnappverbindung verriegelt worden, so kann diese nicht mehr gelöst werden. Dann ist dann auch die mechanische Verbindung verriegelt.
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Anschließend können bewegbare elektrische Kontakte von der Ausgangsstellung in die Endstellung verfahren werden, ohne dass sich die mechanische Verbindung dadurch lösen könnte. Ein Lösen der mechanischen Verbindung wird durch die verriegelte Einschnappverbindung verhindert, die in einer dafür geeigneten Weise gestaltet und angeordnet ist.
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Die Einschnappverbindung umfasst in einer Ausführungsform einen Spreizdübel mit einem verbreiterten Ende, das dem Einrasten in eine Rastnut einer korrespondierenden, weiteren Ladeeinrichtung dient. Innerhalb des Spreizdübels gibt es ein linear bewegbares stangenförmiges Element, welches mit einem verbreiterten Ende angrenzend an den Rastbereich zu enden vermag. Wird das verbreiterte Ende des stangenförmigen Elements in das verbreiterte Ende Spreizdübel hinein bewegt, so wird dadurch eine zuvor hergestellte Einschnappverbindung verriegelt. Diese Ausführungsform einer verriegelbaren Einschnappverbindung benötigt eine nur sehr kleine Grundfläche und kann daher in Aufsicht auf die elektrischen Kontakte gesehen sehr variabel angeordnet werden. Eine Anordnung am Randbereich ist aus Platzgründen in diesem Fall nicht erforderlich. Aus Stabilitätsgründen ist eine Anordnung innerhalb der Grundfläche, die elektrische Kontakte umfasst oder durch die bewegbaren elektrische Kontakte hindurch bewegt werden können, sogar zu bevorzugen. Das linear bewegbare, stangenförmige Element ermöglicht eine von der Einschnappverbindung räumlich getrennte Anordnung eines elektrischen Antriebs. Der elektrische Antrieb sowie weitere Antriebsmittel für ein lineares Bewegen des stangenförmigen Elements können daher dort platziert werden, wo hinreichend Bauraum zu Verfügung steht.
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Das verbreiterte Ende des Spreizdübels besteht grundsätzlich aus einem elastischen Material wie zum Beispiel einem elastischen Kunststoffmaterial. Das verbreiterte Ende des stangenförmigen Elements besteht grundsätzlich aus einem vergleichsweise starrem Material und zwar insbesondere aus Metall. Das stangenförmige Element ist bevorzugt als Spindel ausgestaltet und vorzugsweise drehfest angeordnet. Eine drehfest angeordnete Spindel kann durch ein sich drehendes und darüber hinaus ortsfest angeordnetes Innengewinde, welches an dem Außengewinde der Spindel anliegt, auf technisch einfache Weise linear in gewünschter Weise bewegt werden.
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In einer Ausführungsform der Erfindung dient das linear bewegliche, stangenförmige Element der Verriegelungseinrichtung zugleich auch dem Bewegen von elektrischen Kontakten zur Herstellung und/ oder für ein Lösen von ein oder mehreren elektrischen Verbindungen zwischen zwei Ladeeinrichtungen. Insbesondere ist dann das Einschnappelement und damit die Einschnappverbindung innerhalb der Ladeeinrichtung bewegbar angeordnet. Ein Bewegen einer hergestellten und vorzugsweise auch bereits verriegelten Einschnappverbindung bewegt die beiden betroffenen Ladeeinrichtungen aufeinander zu oder voneinander weg. Diese Bewegungen werden für ein Herstellen oder Lösen von elektrischen Verbindungen genutzt.
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Die Doppelfunktion des stangenförmigen Elements spart Teile und Bauraum ein. Weitere Antriebsmittel für das Herstellen oder Lösen von elektrischen Verbindungen können entfernt von der Einschnappverbindung und damit variabel den Bauraumerfordernissen entsprechend angeordnet werden.
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Aus Stabilitätsgründen besteht das stangenförmige Element insgesamt vorzugsweise aus Metall und zwar insbesondere dann, wenn dieses zugleich dazu dient, um elektrische Kontaktelemente durch Bewegen in eine Endstellung hinein miteinander zu verbinden.
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Die Ladeeinrichtung kann ein ausziehbares Elektrokabel mit einem Ladestecker umfassen, um den Ladestecker bequem in eine Steckdose, also eine Ladebuchse einstecken zu können. Soll das Elektrofahrzeug aufgeladen werden, so wird das Elektrokabel zunächst aus einem Behälter bzw. einem Innenraum herausgezogen und der Ladestecker in eine Steckdose bzw. Ladebuchse gesteckt. Die Steckdose kann eine genormte Steckdose sein, wie sie in Privathaushalten verwendet wird. Der Ladestecker ist dann ebenfalls entsprechend genormt. Ladestecker und Steckdose können aber auch so beschaffen sein, dass diese an spezielle Bedürfnisse für ein Elektrofahrzeug angepasst sind.
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Nachfolgend werden Ausführungsformen sowie weitere Vorteile anhand von Figuren näher erläutert.
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Die 1 zeigt im Schnitt eine Ladeeinrichtung 1 sowie eine damit korrespondierende weitere Ladeeinrichtung 2 und zwar im mechanisch verbundenem Zustand. Die Ladeeinrichtung 2 umfasst eine Mehrzahl von Bohrungen 3 mit relativ großen Durchmessern. Die Bohrungen führen in ein elektrisch nicht leitendes Gehäuse der weiteren Ladeeinrichtung 2 hinein. Vorzugsweise beim Grund der Bohrungen 3 befinden sich jeweils ein oder mehrere elektrisch leitende Kontaktelemente, die zu diesem Zweck in der Regel aus Metall bestehen. Diese elektrisch leitenden, also elektrischen Kontaktelemente sind mit nicht dargestellten Leitungen verbunden, die mit Stromanschlüssen einer nicht dargestellten Ladestation verbunden sind. Darüber hinaus gibt es wenigstens eine Bohrung 4 der weiteren Ladeeinrichtung 2 mit einem relativ kleinen Durchmesser, die ebenfalls mit einem nicht dargestellten elektrischen Kontaktelement vorzugsweise beim Grund der Bohrung 4 versehen ist. Das elektrische Kontaktelement der Bohrung 4 ist mit einem elektrischen Anschluss der Ladestation verbunden. Der Durchmesser der Bohrung 4 ist kleiner als der Durchmesser der Bohrungen 3, da die Bohrung 4 für eine Durchleitung von Steuerströmen vorgesehen ist, wohingegen die Bohrungen 3 der Durchleitung von Lastströmen dienen. Die Ladeeinrichtung 2 weist darüber hinaus eine Bohrung 5 auf, die mit einer seitlichen, ringförmig umlaufenden Ausnehmung 6 versehen ist.
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Die Ladeeinrichtung 1 umfasst einen Aufnahmekopf 7, 8, der der mechanischen Aufnahme der Ladeeinrichtung 2 in der dargestellten Weise dient. Der Aufnahmekopf weist eine Grundfläche 7 und seitliche Wände 8 auf. Die seitlichen Wände 8 dienen der Führung der weiteren Ladeeinrichtung 2 in den Aufnahmekopf 7, 8 hinein. Wird die Ladeeinrichtung 2 in den Aufnahmekopf 7 hinein bewegt, so gelangt ein fest mit der Grundfläche 7 verbundener, stiftförmiger, elektrischer Steckkontakt 9 in die Bohrung 4 mit dem geringen Durchmesser hinein und kontaktiert schließlich das darin befindliche elektrische Kontaktelement. Der elektrische Steckkontakt 9 ist mit einem Ende einer elektrischen Leitung 10 verbunden, die mit dem anderen Ende mit einer nicht dargestellten elektrischen oder elektronischen Einrichtung des Elektrofahrzeugs verbunden ist. Die elektrische Leitung 10 verläuft zumindest anfänglich spiralförmig. Die Ladeeinrichtung 1 umfasst ferner einen Spreizdübel 11, der in eine Verbreiterung 12 einmündet. In dem Spreizdübel 10 verläuft eine Spindel 13, die mit einer Verbreiterung 14 außerhalb des Spreizdübels 10 endet, wenn die beiden Ladeeinrichtungen 1 und 2 zunächst lediglich mechanisch miteinander verbunden sind, ohne dass die mechanische Verbindung verriegelt worden wäre.
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Wird die Ladeeinrichtung 2 in die Ladeeinrichtung 1 bzw. in das Kopfstück 7, 8 der Ladeeinrichtung 1 gesteckt, so rastet schließlich die elastische Verbreiterung 12 des Spreizdübels 11 in der ringförmigen Ausnehmung 6 der Ladeeinrichtung 2 ein. Es liegt dann eine Einschnappverbindung zwischen der Ladeeinrichtung 1 und der Ladeeinrichtung 2 vor, wobei das Einschnappen akustisch und/ oder haptisch signalisiert, dass die beiden Ladeeinrichtungen 1 und 2 mechanisch miteinander verbunden worden sind. Der Spreizdübel besteht also ganz oder teilweise aus einem elastischen Material, um so ein Einrasten der Verbreiterung 12 in die Ausnehmung 6 zu ermöglichen.
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Der Aufnahmekopf 7, 8 kann in das Gehäuse 15 der Ladeeinrichtung 1 hinein bewegt werden und zwar gegen die Federkraft der Federn 16. Die Federn 16 sind zwischen der Grundfläche 7 und der Grundfläche 17 des Gehäuses 15 so angeordnet, dass die beiden Grundflächen 17 und 7 auseinander gedrückt werden. Die Federn 16 sind so stark vorgespannt, dass ein einfaches Bewegen der weiteren Ladeeinrichtung 2 in den Aufnahmekopf 7, 8 hinein den Abstand zwischen der Grundfläche 7 und der Grundfläche 17 nicht oder kaum zu verkleinern vermag. Dieser Abstand beträgt typischerweise 20 mm bis 40 mm.
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Der Spreizdübel 11 weist einen Flansch 18 auf, der sich außerhalb des Gehäuses 15 befindet. Der Spreizdübel verhindert aufgrund des an der Grundfläche 17 anliegenden Flansches 18 und der Verbreiterung 12, dass die Federn 16 den Aufnahmekopf 7, 8 aus dem Gehäuse 15 heraus zu drücken vermögen.
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An der Grundfläche 17 des Gehäuses 15 sind elektrische Gleichstromsteckkontakte 19 fest angebracht, die von der Grundfläche 17 senkrecht in Richtung Grundfläche 7 abstehen. Die elektrische Gleichstromsteckkontakte 19 münden in Bohrungen 20 ein, die durch die Grundfläche 7 hindurchführen.
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Die Spindel 13 ist drehfest angeordnet, so zum Beispiel durch eine drehfeste Führung innerhalb des Spreizdübels 11, der dann seinerseits gegenüber dem Gehäuse 15 drehfest angeordnet ist, so zum Beispiel beispielsweise aufgrund einer entsprechenden Führung innerhalb der Grundfläche 17.
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Die Ladeeinrichtung 1 umfasst einen Elektromotor 20, der eine in Aufsicht gezeigte Schnecke 21 zu drehen vermag. Ein Drehen der Schnecke 21 bewirkt ein Drehen eines an der Schnecke 21 anliegenden Schneckenrads 22. Das Schneckenrad 22 weist ein Innengewinde auf, das an dem Außengewinde der entsprechend hindurch führenden Spindel 13 anliegt. Ein Drehen des Schneckenrads 22 bewirkt eine lineare Bewegung der Spindel 13 entlang der Spindelachse.
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Ist die Ladeeinrichtung 2 zum Beispiel manuell mechanisch mit der Ladeeinrichtung 1 verbunden und die Einschnappverbindung hergestellt, so wird die Schnecke 21 durch den Elektromotor 20 so gedreht, dass die Spindel 13 aus dem Gehäuse 15 heraus, also in der 1 nach links bewegt wird. Das Drehen der Schnecke 21 kann beispielsweise durch einen nicht dargestellten Taster ausgelöst werden, der beispielsweise in der Grundfläche 7 eingebaut ist und der durch die weitere Ladeeinrichtung 2 betätigt wird, sobald die weitere Ladeeinrichtung 2 sich der Grundfläche 7 soweit genähert hat, dass die Einschnappverbindung hergestellt worden ist. Die wie dargestellt trichterförmig verlaufende Verbreiterung 14 der Spindel 13 wird durch das Drehen der Schnecke in Richtung Spreizdübel 11 bewegt und gelangt in die gezeigte trichterförmige Öffnung der Verbreiterung 12 des Spreizdübels 11 hinein. Ist die trichterförmig verlaufende Verbreiterung 14 in die trichterförmige Öffnung der Spreizdübel-Verbreiterung 12 hinein bewegt worden, so ist dann die Einschnappverbindung verriegelt. Wird nun die Spindel 13 weiter aus dem Gehäuse 15 heraus in Richtung Schneckenrad 22 bewegt, so wird der Spreizdübel-Flansch 18 gegen eine Hülse 23 bewegt. Die Hülse 23 befindet sich zwischen dem Schneckenrad 22 und dem Spreizdübel-Flansch 18 und weist zunächst einen (geringen) Abstand zum Spreizdübel-Flansch 18 auf. Die Spindel 13 führt durch die Hülse 23 hindurch. Stößt infolge der Spindelbewegung der Spreizdübel-Flansch 18 schließlich gegen die Hülse 23, so hat die weitere Spindelbewegung aus dem Gehäuse 15 heraus zur Folge, dass der Abstand zwischen der Grundfläche 7 und der Grundfläche 17 verringert wird. Hierdurch werden die insbesondere aus Metall bestehenden elektrischen Steckkontakte 19 in die Bohrungen 3 der weiteren Ladeeinrichtung hinein bewegt, bis die elektrischen Steckkontakte 19 schließlich die in den Bohrungen befindlichen elektrischen Kontaktelemente kontaktieren. Die elektrischen Kontakte 19 werden so mit den elektrischen Gegenkontakten, die sich in den Bohrungen 3 befinden, elektrisch verbunden. Anschließend kann die Batterie des Elektrofahrzeugs mit Gleichstrom aufgeladen werden.
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Für ein Lösen von zwei Ladeeinrichtungen, die mechanisch und elektrisch vollständig verbunden sind, werden die vorgenannten Schritte und Bewegungen in umgekehrter Reihenfolge entsprechend ausgeführt.
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Die weitere Ladeeinrichtung 2 kann auch Teil eines Elektrofahrzeugs sein. Bevorzugt ist dann die weitere, relativ leichte und kleine Ladeeinrichtung 2 mit einem Elektrokabel verbunden, dass ausziehbar in einem Innenraum des Elektrofahrzeugs gelagert ist. Es gibt dann vorzugsweise an dem Elektrokabel anliegende, elektrisch drehbare Transportrollen, mit denen das Elektrokabel aus dem Innenraum heraus sowie in den Innenraum hinein bewegt werden kann.
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In der 2 wird verdeutlicht, wie mit Hilfe einer drehfest angeordneten Spindel 13 einer erfindungsgemäßen Ladeeinrichtung nebst Antriebmitteln 22 und 21 für ein lineares Bewegen der Spinde 13 ein entfernt angeordneter Verriegelungshebel 24 betätigt werden kann. Der Verriegelungshebel 24 ist an der Drehachse 25 drehbar befestigt. Der Verriegelungshebel umfasst ein Langloch 26, in das ein Bolzen 27 hineinreicht, der an einem Ende des Hebels 28 senkrecht abstehend angebracht ist. Der Hebel 28 kann um die Drehachse 29 gedreht werden. Das andere Ende des Hebels 29 ist drehbar mit der Spindel 13 verbunden. Ein lineares Bewegen der Spindel bewirkt daher ein derartiges Bewegen des Bolzens 27 innerhalb des Langlochs 26, dass dadurch der Verriegelungshebel 24 verschwenkt wird. Durch das Verschwenken kann der an einem Ende des Verriegelungshebels 24 angebrachte Verriegelungszapfen 30 in eine Ausnehmung 31 in einer äußeren Gehäusewand 32 einer weiteren Ladeeinrichtung zwecks Verriegelung hinein geschwenkt werden oder zwecks Entriegelung heraus geschwenkt werden. Die lineare Bewegung der Spindel kann zugleich dazu genutzt werden, um bewegbare, nicht dargestellte elektrische Kontakte der zugehörigen Ladeeinrichtung zwischen einer Ausgangsstellung und einer Endstellung geeignet hin und her zu bewegen.
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In der 3 wird eine Abwandlung im Vergleich zur 2 gezeigt. Der Verriegelungshebel 24 wird mit einer vorgespannten Feder 33 in die dargestellte Verriegelungsstellung bewegt, wenn der Hebel 28 in die gezeigte Stellung bewegt worden ist. Wird der Hebel 28 verschwenkt, so führt diese Schwenkbewegung durch einen am verriegelungshebel seitlich anliegenden Bolzen 27 zu einer Entriegelung.
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Die Antriebsmittel sind im Vergleich zu der 2 auf der anderen Seite der Spindel angeordnet und zwar vom Hebel 28 aus gesehen, wenn dies aus Bauraumgründen und/ oder aus Gründen der Kraftverteilung vorteilhaft ist. Diese andere Anordnung ist zumindest dann zu bevorzugen, wenn mit dieser noch ein weitere Verriegelungshebel 34 durch eine nicht dargestellte Mechanik betätigt werden soll, um so eine mechanische Verbindung besonders zuverlässig an zwei gegenüberliegenden Randbereichen mit Hilfe des Motors 35 verriegeln sowie entriegeln zu können. Im Fall der 3 wirkt auf die Spindel 13 unmittelbar eine Schnecke 21 ein, die mit einem Motor 35 angetrieben wird. Es kann aber auch im Fall der 3 eine Bewegung der Schnecke 21 mittels eines Schneckenrads auf die Spindel 13 übertragen werden. Mittels eines Schneckenrads können Übersetzungen gewählt werden, um beispielsweise so eine hohe Drehgeschwindigkeit der Schnecke 21 in eine vergleichsweise langsame lineare Bewegung der Spindel umzuwandeln, die dann aber eine große Antriebskraft aufzubringen vermag.
