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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.
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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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Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren für ein einfaches 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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Die für ein Elektrofahrzeug vorgesehene Ladeeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 umfasst eine Mehrzahl von elektrischen Kontakten für ein Aufladen der Batterie eines Elektrofahrzeugs mit Gleichstrom und/oder Wechselstrom. Diese Ladeeinrichtung weist einen bewegbaren, d. h. bewegbar angebrachten Aufnahmekopf für ein mechanisches Verbinden der Ladeeinrichtung mit einer weiteren Ladeeinrichtung auf. Der Aufnahmekopf ist so bewegbar, dass durch eine Bewegung des Aufnahmekopfes relativ zu weiteren Elementen der anspruchsgemäßen Ladeeinrichtung ein oder mehrere elektrische Kontakte der Ladeeinrichtung mit ein oder mehreren elektrischen Kontakten der weiteren Ladeeinrichtung verbunden oder solche Verbindungen gelöst werden können. Es werden also zwischen den beiden Ladeeinrichtungen durch Bewegen des Aufnahmekopfes ein oder mehrere elektrische Verbindungen hergestellt oder gelöst.
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Vor einem Verbinden befindet sich der Aufnahmekopf in einer Aufnahmestellung. Die anspruchsgemäße Ladeeinrichtung wird mit einer weiteren Ladeeinrichtung zunächst einmal mechanisch verbunden, indem die weitere Ladeeinrichtung mit dem in der Aufnahmestellung befindlichem Aufnahmekopf mechanisch verbunden wird. Zugleich können durch ein solches mechanisches Verbinden ein oder mehrere elektrische Kontakte hergestellt werden. Nach dem mechanischen Verbinden wird der Aufnahmekopf aus der Aufnahmestellung heraus bewegt und zwar insbesondere in Richtung von ein oder mehreren elektrischen Kontakten der anspruchsgemäßen Ladeeinrichtung. Der Aufnahmekopf wird dann also relativ zu ein oder mehreren elektrischen Kontakten der anspruchsgemäßen Ladeeinrichtung bewegt. Durch diese Bewegung werden weitere elektrische Kontakte der beiden Ladeeinrichtungen miteinander elektrisch verbunden. Es findet also ein zweistufiges Verbinden statt. Die erste Stufe umfasst ein mechanisches Verbinden von zwei Ladeeinrichtungen. Die zweite Stufe umfasst ein elektrisches Verbinden. Durch das zweistufige Verbinden wird vermieden, dass im Rahmen des mechanischen Verbindens, also im Rahmen der ersten Stufe eine übermäßige Kraft aufgewendet werden muss. Die für ein mechanisches Verbinden erforderliche Kraft kann auf diese Weise gering gehalten werden, so dass die mechanische Verbindung ohne großen Kraftaufwand manuell hergestellt werden kann. Das mechanische Verbinden erfolgt daher bevorzugt manuell. Das nachfolgende Verbinden von elektrischen Kontakten im Rahmen der zweiten Stufe kann zwar ebenfalls manuell erfolgen, indem der Aufnahmekopf manuell bewegt wird, so zum Beispiel mit manueller Kraft in Richtung von ein oder mehreren elektrischen Kontakten der anspruchsgemäßen Ladeeinrichtung gedrückt wird. Bevorzugt erfolgt jedoch das sich anschließende elektrische Verbinden im Rahmen der zweiten Stufe mit Hilfe von wenigstens einem Antriebsmittel. Das wenigstens eine Antriebsmittel umfasst vorzugsweise ein elektrisches Antriebsmittel. Dann ist für das nachfolgende elektrische Verbinden keine manuelle Kraft mehr erforderlich, was den Komfort erhöht.
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In einer Ausführungsform wird der Aufnahmekopf durch ein oder mehrere Federn in die Aufnahmestellung gedrückt, in der der Aufnahmekopf eine weitere Ladeeinrichtung aufzunehmen vermag. Die ein oder mehrerer Federn sind in der Aufnahmestellung hinreichend vorgespannt, so dass das mechanische Verbinden nicht mit einer solchen Bewegung des Aufnahmekopfes einhergeht, die ein elektrisches Verbinden bewirkt.
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Alternativ kann der Aufnahmekopf in der Aufnahmestellung beispielsweise arretiert sein. Nach dem mechanischen Verbinden oder durch das mechanische Verbinden wird diese Arretierung gelöst, um eine Bewegung des Aufnahmekopfes in Richtung von ein oder mehreren elektrischen Kontakten zu ermöglichen. Ein mechanisches Verbinden kann zum Beispiel bewirken, dass mit dem Erreichen der Endstellung der mechanischen Verbindung ein rampenförmig ausgestaltetes Element durch die weitere Ladeeinrichtung gegen eine Federspannung aus der Arretierungsstellung heraus gedrückt wird. Mittelbar oder unmittelbar kann durch diese Bewegung des rampenförmig ausgestalteten Elements die Arretierung gelöst werden.
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Die vorgenannten ein oder mehreren Federn können zum Beispiel vorgespannt zwischen einer Grundplatte bzw. Grundfläche des Aufnahmekopfes und einer weiteren Grundplatte bzw. Grundfläche der Ladeeinrichtung angeordnet sein, um ein störungsfreies zweistufiges Verbinden zu gewährleisten. Insbesondere bei dieser Ausführungsform sind ein oder mehrere, relativ zu dem Aufnahmekopf bewegbare elektrische Kontakte fest mit der weiteren Grundplatte verbunden. Diese ein oder mehreren elektrischen Kontakte stehen dann vorzugsweise senkrecht von der weiteren Grundplatte in Richtung Aufnahmekopf ab. Zweckmäßig reichen die elektrischen Kontakte bis zu Bohrungen innerhalb der Grundplatte des Aufnahmekopfes oder sogar in diese hinein, wenn sich der Aufnahmekopf in der Aufnahmestellung befindet. Es werden so der erforderliche Bauraum und Bewegungen des Aufnahmekopfes minimiert.
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Umfasst das mechanische Verbinden auch ein elektrisches Verbinden, dann sind zweckmäßig ein oder mehrere elektrische Kontakte mit dem Aufnahmekopf fest verbunden und stehen vorzugsweise senkrecht von dieser Grundplatte ab.
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Die beiden vorgenannten Grundplatten sind zweckmäßig parallel zueinander angeordnet.
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Sind mit dem Aufnahmekopf ein oder mehrere elektrische Kontakte fest verbunden, dann sind diese ein oder mehreren elektrischen Kontakte vorzugsweise mit einem zumindest teilweise spiralförmig verlaufendem Kabel verbunden. Insbesondere ist ein spiralförmiger Bereich des bzw. der Kabel zwischen den beiden vorgenannten Grundplatten vorgesehen. Befindet sich der Aufnahmekopf in seiner Aufnahmestellung, so sind die entsprechenden spiralförmigen Kabelabschnitte vorgespannt. Nach der zweiten Stufe des Verbindens ist diese Vorspannung zumindest verringert worden. Durch diese Ausführungsform wird erreicht, dass die betroffenen Kabelabschnitte ein Bewegen des Aufnahmekopfes zumindest nicht übermäßig behindern.
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Alternativ oder ergänzend können für die vorgenannten Kabelabschnitte ein oder mehrere Rückstellmittel vorgesehen sein. die die entsprechenden Kabelabschnitte vom Aufnahmekopf weg bewegen können. Ein solches Rückstellmittel kann zum Beispiel eine vorgespannte Feder sein, die an der genannten weiteren Grundplatte mit einem Ende angebracht ist und mit dem anderen Ende mit einem der genannten Kabel fest verbunden ist. Die Feder ist außerhalb des Raumes angeordnet, der sich zwischen den beiden genannten Grundplatten befindet. Das Elektrokabel ist dann beweglich durch die weitere Grundplatte hindurch geführt und im übrigen mit einem elektrischen Kontakt des Aufnahmekopfes fest verbunden. Auch durch diese Ausführungsform wird bewirkt, dass das entsprechende Kabel eine Bewegung des Aufnahmekopfes nicht oder zumindest praktisch nicht zu behindern vermag.
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Die Ladeeinrichtung umfasst in einer Ausführungsform wenigstens ein Antriebsmittel für ein Bewegen des Aufnahmekopfs. Mit Hilfe des wenigstens einen Antriebsmittels kann daher die Ladeeinrichtung mit einer weiteren Ladeeinrichtung im Rahmen der zweiten Stufe elektrisch verbunden werden, um anschließend das Elektrofahrzeug aufladen zu können. Alternativ oder ergänzend kann mit dem wenigstens einen Antriebsmittel eine solche elektrische Verbindung gelöst werden.
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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 mechanische 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 in einer Ausführungsform in zweifacher Hinsicht genutzt und zwar zum einen für ein elektrisches Verbinden und/oder Lösen 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.
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Die Ladeeinrichtung ist also insbesondere so beschaffen, dass diese zunächst mit einer weiteren Ladeeinrichtung manuell mechanisch verbunden wird, ohne zugleich vollständig die vorgesehenen elektrischen Verbindungen herzustellen. Erst nach dem manuellen mechanischen Verbinden erfolgt ein Verbinden von bewegbaren 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 eine Türschlosses als Einschnappverriegelung ausgestaltet sein. Es wird dann beispielsweise ein Verriegelungselement zunächst gegen eine Federkraft aufgrund einer Rampe zurück gedrückt, 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 zweistufig 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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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 den Aufnahmekopf in die Endstellung bewegt, die mit Abschluss der zweiten Stufe erreicht wird. 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 wird der Aufnahmekopf zunächst von seiner Endstellung wieder in die Aufnahmestellung bewegt. Eine ggfs. vorhandene mechanische Verbindung wird nun 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 mit elektrischen Kontakten einer weiteren Ladeeinrichtung verbunden, die im Vergleich zu weiteren elektrischen Kontakten der Ladeeinrichtung 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 elektrisch mit elektrischen Gegenkontakten einer weiteren Ladeeinrichtung verbunden werden können.
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Bevorzugt sind aus vorgenannten Gründen also wenigstens die elektrischen Kontakte relativ zum Aufnahmekopf bewegbar, die dem Anschluss von Gleichstrom für ein Aufladen einer Batterie des Elektrofahrzeugs dienen. Ganz besonders bevorzugt sind nur die elektrischen Kontakte in diesem Sinne 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 von einer Ausgangsstellung in die Endstellung bewegt werden, in der elektrische Verbindungen zu elektrischen Gegenkontakten vorliegen.
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Die elektrischen Kontakte für Wechselstrom und/oder für Steuerstrom oder andere sekundäre Zwecke sind vorzugsweise unbeweglich am Aufnahmekopf befestigt, um anfänglich zu einer stabilen mechanischen Verbindung von zwei Ladeeinrichtungen beizutragen.
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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 des Aufnahmekopfes in die Endstellung hergestellt werden.
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Das wenigstens eine Antriebsmittel umfasst in einer Ausführungsform einen Schlitten, der zum Beispiel mit Hilfe einer Schnecke und/oder einer Spindel bewegt wird. Die Schnecke und/oder Spindel wird insbesondere durch einen elektrischen Antrieb angetrieben, so zum Beispiel durch einen Elektromotor.
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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, um so die mechanische Verbindung zu verriegeln. Diese Ausführungsform benötigt einen relativ kleinen Bauraum, wenn neben einer Verriegelung auch eine Einschnappverbindung aus den genannten Gründen vorgesehen sein soll.
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Anschließend können bewegbare elektrische Kontakte von der vorgenannten Ausgangsstellung in die vorgenannte Endstellung bewegt 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 bewegbare 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 der Relativbewegung 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 wird eine bevorzugte Ausführungsform anhand der 1 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. Gezeigt wird die Aufnahmestellung des Aufnahmekopfes. 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 und zwar im Bereich zwischen zwei Grundplatten 7 und 17. 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 bzw. Grundplatte 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 bzw. Grundplatte 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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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009052366 A1 [0003, 0003]
- DE 4446406 A1 [0006]
- US 5758414 A [0007]
- DE 19642687 A1 [0008]
