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Die Erfindung betrifft einen elektrische Steckverbinder insbesondere für ein Elektrofahrzeug sowie eine elektrische Steckverbindung mit einem solchen elektrischen Steckverbinder.
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Eine elektrische Steckverbindung umfasst zwei elektrische Steckverbinder und zwar in der Regel in Form eines Steckers und einer damit korrespondierenden Buchse. Ein elektrischer Steckverbinder, also auch eine Buchse und ein Stecker umfassen eine Mehrzahl von elektrischen Kontakten. Wird der Stecker in die Buchse gesteckt, so wird eine elektrische Verbindung zwischen den elektrischen Kontakten des Steckers und den elektrischen Kontakten der Buchse hergestellt, so dass ein elektrischer Strom vom Stecker in die Buchse oder umgekehrt fließen kann. Die elektrischen Kontakte von Stecker und Buchse werden zu diesem Zweck mit elektrischen Leitern verbunden, über die der Strom zu- bzw. abfließt.
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Ist ein Stecker in eine Buchse eingesteckt, so kann der Stecker leicht aus der Buchse wieder herausgezogen werden. Es gibt Anwendungsfälle, bei denen es unerwünscht ist, einen Stecker durch einfaches Ziehen aus einer Buchse entfernen zu können, so zum Beispiel auf dem Gebiet von Elektrofahrzeugen, die mit Hilfe eines Elektromotors angetrieben werden.
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Ein Elektrofahrzeug umfasst eine Batterie zur Bereitstellung von elektrischer Energie, mit der der Elektromotor angetrieben wird. Außerdem ist eine Buchse oder ein Stecker, also ein elektrischer Steckverbinder für ein Aufladen der Batterie vorgesehen. Soll die Batterie eines Elektrofahrzeugs aufgeladen werden, so wird ein mit einer Stromquelle verbundener elektrischer Steckverbinder mit dem elektrischen Steckverbinder des Elektrofahrzeugs mechanisch und elektrisch verbunden. Hierüber fließt dann der elektrische Strom zur Batterie zwecks Aufladung.
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Da die Reichweiten solcher Elektrofahrzeuge im Vergleich zu Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor aufgrund begrenzter Batteriekapazitäten vergleichsweise geringer sind, wird ein Elektrofahrzeug in der Regel in kurzen Abständen aufgeladen werden müssen und zwar in vielen Fällen wenigstens einmal täglich. Es ist daher für die Praxis besonders wichtig, dass die für ein Aufladen erforderliche ordnungsgemäße Handhabung einfach und sicher ist.
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Ein Aufladen der Batterie kann sich über einen verhältnismäßig langen Zeitraum hinziehen. Ein Aufladen sollte daher auch unbeaufsichtigt erfolgen können. Es sind daher Maßnahmen geboten, die eine sichere Verbindung zwischen Stecker und Buchse gewährleisten. Eine sichere Verbindung zwischen einer Buchse eines Elektrofahrzeugs und einem eingesteckten Stecker wird gemäß der Druckschrift
DE 196 42 687 A1 mit Hilfe einer Verriegelungsvorrichtung erreicht.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine elektrische Steckverbindung bereitzustellen, welche ein Aufladen eines Elektrofahrzeugs in praxistauglicher Weise ermöglicht.
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Die Aufgabe der Erfindung wird mit dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Erfindungsgemäß ist ein elektrischer Steckverbinder mit elektrischen Kontakten versehen und mit wenigstens einem bewegbaren Greifarm. Vorzugsweise sind zwei, drei oder vier bewegbaren Greifarme vorhanden, die insbesondere untereinander den gleichen Abstand aufweisen, um das Auftretenden von störenden Kippmomenten während eines Verbindens zu vermeiden. Der bzw. die Greifarme können einen weiteren elektrischen Steckverbinder mit dem elektrischen Steckverbinder elektrisch und/oder mechanisch verbinden und zwar automatisch mittels eines Sensors, der einen korrespondierenden elektrischen Steckverbinder zu erkennen vermag. Im Anschluss an eine solche Erkennung durch den Sensor werden die Greifarme geeignet bewegt, um die beiden elektrischen Steckverbinder miteinander mechanisch und elektrisch zu verbinden. Zu diesem Zweck umfasst der elektrische Steckverbinder ein oder mehrere Antriebe und zwar vorzugsweise elektrische Antriebe für ein Bewegen der Greifarme. Der elektrische Antrieb kann einen Elektromotor und/oder eine Formgedächtnislegierung umfassen. Anstelle eines Sensors kann ein Tastschalter vorgesehen sein, der zu gegebener Zeit durch aktiviert wird und der nach der Aktivierung das Bewegen der Greifarme in Gang setzt.
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Sind zwei elektrische Steckverbinder so miteinander verbunden worden, so sind der oder die Greifarme in einer Ausführungsform der Erfindung so beschaffen, dass die beiden elektrischen Steckverbinder erst dann wieder voneinander gelöst werden können, wenn der oder die Greifarme wieder entsprechend bewegt werden. Der oder die Greifarme erfüllen dann also eine Doppelfunktion. Zum einen ermöglichen der oder die Greifarme ein komfortables und zuverlässiges Verbinden. Zum anderen dienen der oder die Greifarme der Verriegelung einer so hergestellten elektrischen Steckverbindung, um diese vor einem unbefugten Zugriff zu schützen.
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In einer Ausführungsform ist der elektrische Steckverbinder mit einem – Deckel für ein Verschließen einer Öffnung des elektrischen Steckverbinders versehen. Der Deckel ist insbesondere verschwenkbar angebracht. Der Deckel dient dem Schutz der elektrischen Kontakte. Ein Verbinden des elektrischen Steckverbinders mit einem weiteren, korrespondierenden elektrischen Steckverbinder ist erst möglich, wenn zuvor der Deckel geöffnet worden ist. Bevorzugt gibt es einen Antrieb, insbesondere einen elektrischen Antrieb für das Öffnen und Verschließen des Deckels.
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Vorzugsweise können der oder die Greifarme in einer Ausführungsform hinter die Öffnung so bewegt werden können, dass die Öffnung im Anschluss an eine solche Bewegung durch den Deckel verschlossen werden kann. Ist der Deckel geschlossen, so sind der oder die Greifarme vorteilhaft vor äußeren Einwirkungen geschützt.
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Der oder die Greifarme sind vorzugsweise bogenförmig nach außen gewölbt. Dies erleichtert einerseits das Umgreifen eines Wulstes oder einer stufenartigen Verbreiterung eines korrespondierenden elektrischen Steckverbinders, um so die beiden elektrischen Steckverbinder elektrisch und mechanisch miteinander verbinden zu können. Andererseits kann die Bogenform dazu genutzt werden, um den oder die Greifarme während einer Verschiebebewegung für ein Ergreifen eines weiteren Steckverbinders geeignet zu verschwenken.
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In einer Ausführungsform sind der oder die Greifarme an einem aus der Öffnung heraus bewegbaren Element befestigt. Das Element ist insbesondere zylinderartig und/oder umfasst die elektrischen Kontakte des elektrischen Steckverbinders. Durch Bewegen des bewegbaren Elements werden die Greifarme in vorgesehener Weise bewegt und zwar insbesondere aus einer Öffnung des elektrischen Steckverbinders heraus sowie zurück, Umfasst das bewegbare Element die elektrischen Kontakte, so werden diese zugleich zwischen einer Stellung, in der die elektrischen besonders gut geschützt sind, und einer Stellung, in der die elektrischen Kontakte für ein Verbinden besonders geeignet zugänglich sind, hin und her bewegt.
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Der oder die Greifarme sind vorzugsweise verschiebbar und/oder schwenkbar an dem bewegbaren Element befestigt. Durch eine schwenkbare Befestigung können der oder die Greifarme zunächst nach außen verschwenkt werden, um so eine Zuführung für einen weiteren elektrischen Steckverbinder zu erleichtern. Ein Verschwenken nach außen erfolgt in einer Ausführungsform mit Hilfe von vorgespannten Federn, und zwar insbesondere sobald der oder die Greifarme hinreichend weit aus einer Öffnung des elektrischen Steckverbinders heraus bewegt worden sind. Dann kann ein korrespondierender elektrischer Steckverbinder zum Beispiel dem vorgenannten bewegbaren Element zugeführt werden. Es kann so bei Erreichen einer geeigneten Stellung ein Taster betätigt oder ein Sensor ausgelöst werden, um so den weiteren Ablauf für ein Verbinden in Gang zu setzen.
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Die Greifarme können durch ein oder mehrere Führungen hindurch geführt sein und durch eine geeignete Bogenform für ein Verbinden geeignet verschwenkt werden.
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Vorzugsweise sind der oder die Greifarme verschiebbar an dem bewegbaren Element angebracht und werden für ein Verbinden in Richtung Öffnung bewegt, wenn das bewegbare Element zuvor aus einer Öffnung des elektrischen Steckverbinders heraus bewegt worden ist. Beispielsweise aufgrund einer nach außen gewölbten Form der Greifelemente genügt eine solche Bewegung in einer Ausführungsform der Erfindung, um dann ein Verschwenken des oder der Greifarme nach innen zu bewirken, um so den korrespondierenden elektrischen Steckverbinder zu ergreifen. Ein weiteres Bewegen des oder der Greifarme verbindet dann die beiden elektrischen Steckverbinder miteinander. Ein Lösen von zwei miteinander verbundenen elektrischen Steckverbindern erfolgt durch entsprechend umgekehrte Bewegungen.
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Zweckmäßig umfasst ein weiterer, korrespondierender elektrischer Steckverbinder eine stufenartige Verbreiterung oder einen nach außen gewölbten Wulst, die von dem oder den Greifarmen für ein Verbinden umgriffen werden kann.
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Bevorzugt gibt es eine Mehrzahl von elektrische Kontakte mit kleinen und großen Durchmessern und/oder kleiner oder großer Querschnittsfläche. Elektrische Kontakte mit großen Durchmessern bzw. großer Querschnittsfläche sind so angeschlossen und gestaltet, dass hierüber mit Gleichstrom aufgeladen werden kann. Es gibt insbesondere zwei elektrische Kontakte mit großen Durchmessern bzw. großer Querschnittsfläche für das Aufladen und einen dritten elektrischen Kontakt mit großem Durchmesser bzw. großer Querschnittsfläche, der als Erdungskontakt dient. Es gibt vorzugsweise wenigstens zwei elektrische Kontakte mit im Vergleich dazu kleinen Durchmessern bzw. kleiner Querschnittsfläche für ein Aufladen mit Wechselstrom. Zweckmäßig gibt es einen weiteren elektrischen Kontakt, der als Erdung für Wechselstrom dient. Darüber hinaus kann es elektrische Kontakte für sekundäre Zwecke geben, so zum Beispiel für eine Steuerung und Überwachung des Aufladens oder für ein Bereitstellen von Strom für einen oder mehrere elektrische Antriebe.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der 1 bis 3 näher erläutert.
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1 zeigt eine Aufsicht auf die Öffnung eines elektrischen Steckverbinders.
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2 zeigt einen elektrischen Steckverbinder mit ausgefahrenen zwei Greifarmen für ein Ergreifen eines weiteren, korrespondierenden Steckverbinders.
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3 zeigt eine hergestellte elektrische Steckverbindung zwischen zwei elektrischen Steckverbindern.
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Die 1 zeigt eine Aufsicht auf die Öffnung 1 eines elektrischen Steckverbinders, die mit einem verschwenkbaren Deckel 2 verschlossen werden kann. Der verschenkbare Deckel 2 kann durch einen motorischen Antrieb, der nicht dargestellt ist, um die Achse 3 gedreht werden. Der Deckel 2 wird in der 1 im teilweise geöffneten Zustand gezeigt. Es wird dadurch teilweise eine Aufsicht auf Greifarme 4 ermöglicht, die an einem bewegbaren, zylinderartigen Element 5 befestigt sind. Das zylinderartige Element 5 umfasst eine Mehrzahl von elektrischen Kontakten 6 des elektrischen Steckverbinders mit großen Durchmessern und zwar 3. Gezeigt werden noch zwei elektrische Kontakte mit kleinen Durchmessern 11 für ein Aufladen mit Wechselstrom.
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Wird der Deckel 2 vollständig geöffnet, so kann das bewegbare Element 5 mit den daran befestigen Greifarmen 4 aus der Öffnung 1 heraus bewegt werden. Die 2 zeigt den heraus bewegten Zustand. Da die Greifarme 4 schwenkbar an dem bewegbarem Element 5 angebracht sind, können diese nun nach außen weggeschwenkt werden, um so eine Zuführung eines äußeren, korrespondierenden elektrischen Steckverbinders 7 zu ermöglichen. Das Verschwenken der Greifarme 4 nach außen kann durch vorgespannte Federn erfolgen und/oder durch eine dafür geeignete rampenförmige Form am Ende des korrespondierenden elektrischen Steckverbinders 7 und/oder durch Führungen. Wird nun der korrespondierende elektrische Steckverbinder 7 bzw. sein entsprechendes Ende auf das bewegbare Element 5 zu bewegt, so wird beispielsweise durch ein Berühren eines am bewegbaren Element 5 angebrachten Tasters ein Signal ausgelöst, das bewirkt, dass die Greifarme 4 entlang des bewegbaren Elements 5 in Richtung Öffnung 1 zurück verfahren werden. Die Greifarme 4 sind also verschiebbar am bewegbaren Element 5 angebracht. Aufgrund der nach außen gebogenen Form der Greifarme 4 kann nun die Begrenzung der Öffnung 1 und/oder eine nicht dargestellte Führung bewirken, dass die Greifarme 4 in Richtung korrespondierenden elektrischen Steckverbinder nach innen verschwenkt werden. Auf diese Weise wird schließlich ein Wulst 8 des korrespondieren elektrischen Steckverbinders 7 umgriffen und anschließend das entsprechende Ende des elektrischen Steckverbinders 7 in das bewegbare Element 5 hineingezogen. Auf diese Weise werden schließlich die elektrischen Kontakte des elektrischen Steckverbinders 7 mit den elektrischen Kontakten des anderen elektrischen Steckverbinders verbunden.
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In der 3 wird der verbundene Zustand gezeigt. Nach wie vor umgreifen die Greifarme 4 den Wulst 8 und sorgen so dafür, dass die so entstandene elektrische Steckverbindung nicht gelöst werden kann.
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Um die in der 3 gezeigte elektrische Steckverbindung wieder aufzuheben, ist es zunächst erforderlich, die Greifarme 4 nach außen weg von der Öffnung 1 zu verfahren, um so ein Verschwenken nach außen zu ermöglichen. Anschließend kann der korrespondierende elektrische Steckverbinder 7 entfernt werden.
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Um ein Verkanten während eines Verbindens verbessert zu vermeiden, umfassen die elektrischen Steckverbinder vorteilhaft einen Dorn 9 des einen Steckverbinders, der in einer Öffnung oder Hülse 10 des anderen Steckverbinders während des Verbindens geführt wird, wodurch ein Verkanten vermieden wird. Der Dorn 9 ist vorzugsweise so lang gewählt, dass dieser in die Hülse 10 hinein reicht, bevor ein anderer mechanischer oder elektrischer Kontakt zwischen den beiden, miteinander zu verbindenden Steckverbindern hergestellt wird. Dorn 9 und Hülse 10 dienen nicht der elektrischen Verbindung und können daher auch nicht elektrisch zum Beispiel durch ein Kabel an eine Batterie oder Stromquelle angeschlossen werden.
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Der Dorn 9 und/oder die Öffnung bzw. Hülse 10 sind vorzugsweise so ausgestaltet, dass ein Hineinstecken des Dorns 9 in die Öffnung oder Hülse 10 durch eine Sensorik oder einen Taster erkannt wird, wodurch ein weiteres automatisches Verbinden mittels der Greifarme 4 in Gang gesetzt wird. In einer Ausgestaltung sind Führungshülse 10 und Führungsdorn 9 im Schnitt nicht kreisrund ausgestaltet, um sicherzustellen, dass während des Verbindens die beiden elektrischen Steckverbinder s ausgerichtet sind, dass die elektrischen Kontakte beider Steckverbinder miteinander verbunden werden können. In der 1 wird ein Beispiel für einen solchen von der Kreisform abweichenden Querschnitt der Führungshülse 10 gezeigt. Der Führungsdorn 9 weist dann einen damit korrespondierenden Querschnitt auf. Vorteilhaft sind die Querschnitte so gewählt, dass es nur eine einzige Stellung gibt, um den Führungsdorn 9 in die Führungshülse 10 einstecken zu können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Öffnung
- 2
- Deckel
- 3
- Achse
- 4
- Greifarm
- 5
- zylinderartiges Element
- 6
- elektrischer Gleichstromkontakt
- 7
- korrespondierender elektrischer Steckverbinder
- 8
- Wulst
- 9
- Führungsdorn
- 10
- Führungshülse
- 11
- elektrischer Wechselstromkontakt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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