DE102011013913B3

DE102011013913B3 - Steckverbinderkombination, deren Verwendung sowie Verfahren zur Steuerung der Steck- und Ziehkraft eines Steckers

Info

Publication number: DE102011013913B3
Application number: DE102011013913A
Authority: DE
Inventors: Torsten Idczak; Oliver Burnus; Ronald Heddergott; Dr. Mahdjour Hooshiar
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2011-03-15
Filing date: 2011-03-15
Publication date: 2012-08-23
Anticipated expiration: 2031-03-16

Abstract

Elektrische Steckverbinderkombination (1), die eine Steckeraufnahme (3) und einen durch Fremdkraftbetätigung in die Steckeraufnahme (3) einsteckbaren und aus dieser wieder lösbaren Stecker (2) aufweist, wobei die Fremdkraftbetätigung ein manuelles Einstecken des Steckers (2) in die Steckeraufnahme (3) und ein manuelles Lösen des Steckers (2) aus der Steckeraufnahme (3) unterstützt, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein den Stecker (2) antreibender Motor (20, 21) vorgesehen ist, um den Stecker (2) durch Fremdkraftbetätigung in die Steckeraufnahme (3) einzustecken und aus der Steckeraufnahme (3) wieder zu lösen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steckverbinderkombination, die eine Steckeraufnahme und einen Stecker umfasst, ferner die Steckeraufnahme der Steckverbinderkombination, und ein Verfahren zur Steuerung der Steck- und Ziehkraft des Steckers in der Steckverbinderkombination. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung der Steckverbinderkombination für das Laden eines Elektrofahrzeuges, beispielsweise eines elektrisch betriebenen Straßenfahrzeuges oder Arbeitsfahrzeuges, wobei ein derartiges Fahrzeug vorzugsweise ausschließlich mit einem Elektromotor für den Antrieb ausgestattet ist, gegebenenfalls aber auch zusätzlich mit einem Verbrennungsmotor für den Antrieb ausgerüstet sein kann (Hybridfahrzeug).
Durch die Erhöhung der funktionalen Anforderungen des Ladevorganges eines Elektrofahrzeuges sind für ein AC-Ladekabel bis zu 7 elektrische Anschlüsse erforderlich. Dies führt dazu, dass vergrößerte Ladevorrichtungen benötigt werden. Außerdem steigen die Anforderungen hinsichtlich der Ladeleistung kontinuierlich an, sodass immer dickere Steckklemmen notwendig werden. Dies führt zu einer unbequemen Handhabung beim Stecken des Fahrzeugsteckers in die Steckeraufnahme einer Ladestation und beim Lösen des Steckers von der Steckeraufnahme. Gemäß der Norm IEC 62192-1 wird zudem eine maximale Zugkraft von 60 N bzw. von 80 N bei einer Kabellänge von 4 m bzw. 6 m verlangt.
Aufgrund zukünftiger Erweiterungen der Infrastruktur werden Ladevorrichtungen in Frage kommen, mit welchen sowohl das AC- als auch das DC-Laden unterstützt werden. Für die von der Norm IEC 61851-1 beschriebene „Universalschnittstelle” sind bereits 13 elektrische Kontakte vorgesehen, sodass das vorstehend beschriebene Problem der unbequemen Handhabung noch weiter verstärkt wird. Aufgrund der hohen Ladeströme wird der Durchmesser der Leistungskontakte beim DC-Laden im Vergleich zu den für das AC-Laden verwendeten Kontakten sehr groß. Beispielsweise ist für die Übertragung eines Ladestromes von 150 A ein Leistungskontakt mit 9 mm Durchmesser erforderlich. Die Vergrößerung der elektrischen Kontakte vergrößert auch den Ladestecker und die Steckeraufnahme, sodass das Einstecken und das Lösen des Steckers noch weiter erschwert werden.
Um eine vielpolige Steckverbindung, bei der eine große Kraft aufgewendet werden muss, beispielsweise an Kraftfahrzeugen herzustellen oder zu lösen, wird zur Gewährleistung einer sicheren elektrischen Verbindung in EP 0 653 812 A1 ein elektrischer Steckverbinder angegeben, der zwei komplementäre Kontaktelemente aufweisende Gehäuseteile umfasst. Der eine Gehäuseteil ist eine Steckeraufnahme und bildet einen Steckkanal, und der andere Gehäuseteil ist ein Stecker und ist mit seien Außenkonturen an den Steckkanal angepasst. Zur Vereinfachung des Steck- und Lösevorganges dient ein längsbeweglich geführter Schieber, der den Stecker bei Betätigung in die Steckeraufnahme hinein oder aus ihr heraus bewegt. Hierzu ist an der Steckeraufnahme, dem Stecker und dem Schieber jeweils eine Verzahnung vorgesehen, wobei die Verzahnung mit zweien dieser Teile jeweils in Form einer Zahnstange fest verbunden ist und an dem dritten Teil in Form eines Zahnrades derart drehbar gelagert ist, dass es mit den beiden Zahnstangen kämmt. Die Bedienbarkeit bei sehr schwergängigen Stecker/Steckeraufnahme-Verbindungen kann mit dieser Konstruktion allerdings nicht mehr ohne weiteres gewährleistet werden, es sei denn, es wird eine sehr große Untersetzung der Schieber/Stecker/Steckeraufnahme-Einheit gewählt. Letzteres ist aber im Hinblick auf die Baugröße der Ladestation problematisch.
Aus DE 10 2006 057 322 A1 ist ferner eine Patientenliege, insbesondere für ein Magnetresonanzgerät, mit einer Steckerbuchse zur Aufnahme eines Steckers einer an der Patientenliege angeordneten Einrichtung, beispielsweise einer Lokalspule, bekannt. An der Steckerbuchse sind Mittel zum Erzeugen einer das Einstecken oder das Ausstecken des Steckers automatisch unterstützenden oder erwirkenden Kraft vorgesehen oder der Steckerbuchse zugeordnet. Hierzu kann sich an der Steckerbuchse ein abgedichteter Hohlraum befinden, der über eine Pumpe mit Überdruck oder Unterdruck beaufschlagbar ist. Dadurch wird der Stecker aus der Buchse herausgedrückt oder in diese hineingezogen. Der Überdruck oder Unterdruck wird mittels einer Luftpumpe erzeugt. Ferner kann ein Sensor vorhanden sein, der das Vorhandensein des Steckers in der Buchse erfasst und mit dem ein Ventil angesteuert wird, sodass der Unterdruck erzeugt wird. Darüber hinaus kann auch ein Tastschalter vorhanden sein, über den die Pumpe umgeschaltet und Überdruck in dem Hohlraum erzeugt werden kann.
Zur Kupplung eines Steckers mit einer Muffe zur Verbindung von Öl, Wasser, Schmiermittel, Druckluft und dergleichen führenden Leitungen wird in DE 44 12 114 B4 eine Leitungskupplungsvorrichtung angegeben, die beispielsweise für die Bildung einer Kombination einer Erntemaschine und einer daran lösbar anbringbaren Erntebergungsvorrichtung geeignet ist. Die Vorrichtung umfasst einen ersten Träger und einen zweiten Träger. Der erste Träger trägt eine Muffe und der zweite Träger einen Stecker für Druckmittel. Die Muffe und der Stecker sind relativ zueinander linear beweglich, indem einer der Träger auf einem linear beweglichen Schlitten montiert ist, der durch einen fremdkraftbetätigten Motor zwischen einer Koppelstellung, in der der Stecker in die Muffe eingesteckt ist, und einer Lösestellung, in der der Stecker aus der Muffe herausgezogen ist, bewegbar ist. Durch die motorisch vermittelte Kopplung der Muffe mit dem Stecker wird eine feste Verbindung erzeugt. Abgesehen davon, dass die in diesem Dokument beschriebene Vorrichtung für die Herstellung eines elektrischen Kontaktes weder vorgesehen noch geeignet ist, besteht bei dieser Vorrichtung zudem das Problem, dass ein einmal gewählter Vorgang, beispielsweise das Einstecken des Steckers in die Muffe, nicht mehr unterbrochen werden kann, sodass der die Vorrichtung Bedienende keinen unmittelbaren Einfluss auf den Kopplungsvorgang hat. Denn beispielsweise ist zu gewährleisten, dass der Anwender die Möglichkeit haben muss, den Steck- oder Lösevorgang spontan wieder abzubrechen.
Der Erfindung liegt von daher das Problem zugrunde, dass die bekannten Kopplungsvorrichtungen nicht geeignet sind, einen großen und schweren Stecker in eine Steckeraufnahme einzustecken oder aus dieser zu lösen und gleichzeitig zu gewährleisten, dass ein Anwender stets unmittelbaren Einfluss auf den Kopplungsvorgang hat.
Der vorliegenden Erfindung soll demgemäß die Aufgabe zugrunde, liegen, Mittel für das Einstecken eines Steckers in eine Steckeraufnahme oder für das Lösen des Steckers von der Steckeraufnahme sowie ein geeignetes Verfahren zum Verbinden des Steckers mit der Steckeraufnahme zu finden, die auch dann zufriedenstellend anwendbar sind, wenn der Stecker sehr schwer und insbesondere schwer handhabbar ist. Ferner soll der Anwender stets unmittelbaren Einfluss auf den Kopplungsvorgang haben können. Diese Mittel und Verfahren sollen insbesondere für eine elektrische Steckverbindung, ganz besonders für eine Steckverbindung für das Laden eines Elektrofahrzeuges, verwendbar sein.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Steckverbinderkombination, die eine Steckeraufnahme und einen Stecker umfasst, nach Patentanspruch 1, die Steckeraufnahme der Steckverbinderkombination nach Patentanspruch 10, die Verwendung der Steckverbinderkombination für das Laden eines Elektrofahrzeuges nach Patentanspruch 11 und das Verfahren zur Steuerung der Steck- und Ziehkraft des Steckers in der Steckverbinderkombination nach Patentanspruch 12. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße, insbesondere elektrische, Steckverbinderkombination umfasst eine Steckeraufnahme und einen Stecker. Der Stecker ist durch Fremdkraftbetätigung in die Steckeraufnahme einsteckbar und aus dieser wieder lösbar. In erfindungsgemäßer Art und Weise unterstützt die Fremdkraftbetätigung den manuellen Vorgang des Einsteckens des Steckers in die Steckeraufnahme und den manuellen Vorgang des Lösens des Steckers von der Steckeraufnahme. Die Fremdkraftbetätigung kann durch einen Aktor erfolgen.
Erfindungsgemäß wird demgemäß ferner ein Verfahren zur Steuerung der Steck- und Ziehkraft eines Steckers in der den Stecker und die Steckeraufnahme umfassenden, insbesondere elektrischen, Steckverbinderkombination zur Verfügung gestellt, das folgende Verfahrensschritte umfasst:

a) Feststellen, ob der Stecker durch manuelle Krafteinwirkung in der Steckeraufnahme bewegt wird;
b) Ermitteln einer Bewegungsrichtung des Steckers in der Steckeraufnahme; und c) Ansteuern eines Aktors, insbesondere eines Motors, zur unterstützenden Bewegung des Steckers in der Steckeraufnahme in der ermittelten Bewegungsrichtung.

Erfindungsgemäß ist auch eine Steckeraufnahme, die Teil der erfindungsgemäßen Steckverbinderkombination ist. Die Steckeraufnahme umfasst einen Steckeraufnahmekörper und Kontaktbuchsen, die in dem Steckeraufnahmekörper angeordnet sind.
Dieses Verfahren wird bevorzugt mit der erfindungsgemäßen Steckverbinderkombination ausgeführt.
Die erfindungsgemäße Ein- und Aussteckhilfe kann in vielfältiger Weise verwendet werden: In der wichtigsten Ausführungsform der Erfindung wird mit dieser Hilfe eine ineinander gesteckte elektrische Steckverbinderkombination gebildet, d. h. der Stecker und die Steckeraufnahme dienen der Herstellung eines elektrischen Kontaktes zwischen elektrischen Leitern und sind demgemäß auch für die Herstellung mindestens eines elektrischen Kontaktes ausgebildet. Gleichermaßen kann die Ein- und Aussteckhilfe auch für die Herstellung anderer Arten von Steckverbinderkombinationen eingesetzt werden, beispielsweise für die Herstellung einer Verbindung an Druckluftleitungen oder an hydraulischen Leitungen. Grundsätzlich sind auch andere Verbindungen möglich, beispielsweise das Einstecken eines Zapfens in ein Gegenstück bzw. das Herausziehen des Zapfens aus dem Gegenstück.
Durch das Unterstützen des manuellen Einsteckens des Steckers in die Steckeraufnahme bzw. des manuellen Lösens des Steckers aus der Steckeraufnahme durch die Fremdkraftbetätigung wird zum einen erreicht, dass auch schwere Stecker mit großen Steckkontakten in die Steckeraufnahme beispielsweise einer elektrischen Ladestation problemlos eingesteckt oder aus dieser wieder herausgezogen (gelöst) werden können, sodass auch weniger kräftige Personen diese Aufgabe ohne Schwierigkeiten bewältigen können. Zum anderen wird dadurch, dass die Fremdkraftbetätigung die manuelle Handhabung lediglich unterstützt und nicht vollständig ersetzt, ermöglicht, dass ein Anwender den Stecker selbst führen kann. Durch lediglich geringfügigen Kraftaufwand durch den Anwender kann dieser daher den Stecker handhaben, d. h. in die Steckeraufnahme einstecken oder wieder aus ihr herausziehen. Der Anwender kann einen Steckvorgang oder Lösevorgang auch spontan abbrechen und den jeweils anderen Vorgang einleiten, beispielsweise einen Einsteckvorgang während des Einsteckens abbrechen und den Stecker aus der Steckeraufnahme sofort wieder herausziehen, ohne dass andere Maßnahmen für diese Vorgangsänderung vorgenommen werden müssten. Indem die Fremdkraftbetätigung die vom Anwender aufgewendete Kraft unterstützt, führt auch eine Umkehr der Richtung, die der Anwender der von ihm aufgewendeten manuellen Kraft gibt, unmittelbar zu einer Umkehr der Richtung der Fremdkraft. Somit wird die vom Anwender erfahrene Kraft, die er für den Steck- bzw. Lösevorgang aufwenden muss, reduziert, sodass der Anwender den Eindruck hat, die aufzuwendende Steckkraft und die Lösekraft sind geringer als dies tatsächlich der Fall ist. Der Anwender hat somit bei manueller Durchführung des Einsteck- und des Lösevorganges das Gefühl und die Wahrnehmung, dass scheinbar nur eine geringe Kraft aufzuwenden ist, um diese Vorgänge durchzuführen.
Bevorzugt ist es, wenn die durch den Anwender manuell aufgewendete Kraft zu einer Bewegung des Steckers in der Steckeraufnahme führt und diese Bewegung für die Steuerung der Fremdkraft dient und zwar sowohl hinsichtlich des Umstandes, dass sich der Stecker in der Steckeraufnahme überhaupt bewegt, als auch hinsichtlich der Bewegungsrichtung, Geschwindigkeit und der Beschleunigung des Steckers beim Einstecken in und Lösen von der Steckeraufnahme. Hierzu sind die genannten Parameter zu ermitteln und die Fremdkraftbetätigung entsprechend zu steuern.
Somit ist es ganz besonders bevorzugt, wenn die Fremdkraftbetätigung durch eine auf den Stecker ausgeübte und eine Einsteckbewegung des Steckers in die Steckeraufnahme oder Lösebewegung aus der Steckeraufnahme verursachende Kraft und damit eine normalerweise dadurch hervorgerufene Bewegung des Steckers in der Steckeraufnahme ausgelöst wird. Das heißt, die Fremdkraftbetätigung wird erst dann ausgelöst, wenn die manuelle Kraft zum Einstecken des Steckers in die Steckeraufnahme oder zum Herausziehen (Lösen) des Steckers aus der Steckeraufnahme aufgewendet bzw. Bewegung des Steckers manuell erzeugt wird und nicht bereits vor dem manuellen Ausüben der Kraft auf den Stecker bzw. manuellen Bewegen des Steckers. Der Anwender wird daher das Gefühl und die Wahrnehmung haben, dass er (und nicht eine Fremdkraft) den Stecker bedient.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Steckverbinderkombination einen Controller für die Fremdkraftbetätigung, sodass die Fremdkraftbetätigung des Steckers selbsttätig und in der für die Unterstützung der manuellen Handhabung erforderlichen Art und Weise stattfinden kann. Hierzu sind geeignete Eingangssignale für den Controller vorzusehen, die sich von der auf den Stecker einwirkenden Kraft und/oder von der Bewegung des Steckers, die durch die manuell aufgewendete Kraft verursacht wird, ableiten. Diese Eingangssignale werden im Controller in Steuersignale für einen oder mehrere Aktoren umgesetzt, die die Fremdkraftbetätigung bewirken.
Beispielsweise wird das Einstecken des Steckers in die Steckeraufnahme als Auslöser für derartige Aktoren erkannt, sodass die Aktoren in Betrieb gesetzt werden. Bei Aufwendung einer manuellen Kraft zum Einstecken des Steckers in die Steckeraufnahme werden die Aktoren bevorzugt zur Erzeugung der Fremdkraft und Übertragung der Fremdkraft auf den Stecker ausgelöst, damit die manuelle Krafteinwirkung durch die Fremdkraftbetätigung unterstützt wird. Wird die manuelle Krafteinwirkung unterbrochen, so kann auch die Fremdkraftbetätigung unterbrochen werden. Bei einer Richtungsänderung der manuellen Krafteinwirkung wird die Richtung der Einwirkung der Fremdkraft durch die Aktoren vorzugsweise ebenfalls umgekehrt. Entsprechendes kann auch für den Fall der Veränderung der manuellen Krafteinwirkung mit der Folge einer Beschleunigung (einschließlich Entschleunigung [negativen Beschleunigung]) der Steckerbewegung in der Steckeraufnahme gelten. In letzterem Falle kann die Fremdkraft ebenfalls in entsprechender Art und Weise variiert und parallel zur manuellen Krafteinwirkung angepasst werden.
In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann der Controller die Fremdkraftbetätigung auch während einer vorgegebenen Nachlaufzeit Δt nach Beendigung einer auf den Stecker ausgeübten (manuellen) Kraft und/oder Bewegung des Steckers aufgrund der manuellen Betätigung bewirken. Dadurch wird beim Anwender der Eindruck eines besonders leichtgängigen Stecker-Einsteckvorganges hervorgerufen, denn selbst bei kurzer Unterbrechung der manuellen Kraftaufwendung bewegt sich der Stecker in der Steckeraufnahme in diesem Falle zumindest kurzzeitig in der Richtung der zuvor manuell verursachten Bewegung weiter. Dies stellt eine weitere Komfortfunktion der erfindungsgemäßen Steckverbinderkombination dar. Bei erneuter manueller Kraftaufwendung nach einer Unterbrechung wird die Fremdkraft wiederum ausgelöst, sodass die manuelle Handhabung erneut fremdkraftbetätigt unterstützt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung unterbricht der Controller die Fremdkraftbetätigung, wenn der Stecker beim Einstecken eine maximale Stecktiefe in der Steckeraufnahme erreicht hat. Ebenso wird die Fremdkraftbetätigung beim Lösen von der Steckeraufnahme unterbrochen, wenn der Stecker vollständig aus der Steckeraufnahme heraus geschoben worden ist.
Ferner kann der Controller die Fremdkraftbetätigung in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung auch unterbrechen oder eine durch die Krafteinwirkung auf den Stecker und/oder Bewegung des Steckers beim (manuellen) Einstecken in die Steckeraufnahme oder beim Lösen des Steckers von der Steckeraufnahme vorgegebene Richtung der Fremdkraftbetätigung umkehren, wenn der Stecker in der Steckeraufnahme blockiert ist, beispielsweise durch einen Fremdkörper. Damit wird verhindert, dass das System beschädigt oder gar zerstört wird. Zudem wird die Möglichkeit eröffnet, dass sich eine Blockade des Steckers in der Steckeraufnahme wieder löst. Vorzugsweise wird die Richtung der Fremdkraftbetätigung bei anhaltender Blockade mehrfach geändert. Allerdings kann die Fremdkraftbetätigung bei mehrfacher Wiederholung der Änderung der Fremdkraftbetätigungsrichtung bei anhaltender Blockade dann gestoppt werden, wenn eine bestimmte Anzahl von Versuchen die Blockade zu lösen eine vorgegebene Anzahl erreicht oder überschritten hat.
Somit wird der Aktor erfindungsgemäß angehalten, wenn der Stecker eine maximale Stecktiefe in der Steckeraufnahme erreicht hat oder wenn der Stecker in der Steckeraufnahme blockiert ist. Wenn der Stecker in der Steckeraufnahme blockiert ist, kann daher auch die Bewegungsrichtung umgekehrt werden.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Stecker in der Steckeraufnahme separat verriegelt wird, wenn er die maximale Stecktiefe erreicht hat, um in diesem Falle die Gefahr einer Beeinträchtigung der Funktionsbereitschaft der erfindungsgemäßen Steckverbinderkombination, etwa zum Laden des Elektrofahrzeuges, durch unbeabsichtigtes Lösen des Steckers aus der Steckeraufnahme auszuschließen. Diese Verriegelung kann automatisch erfolgen und beispielsweise durch einen externen Anlass, etwa eine Unterschreitung des Ladestromes oder ein separates, extern eingegebenes Signal, wieder gelöst werden.
Die vorstehenden Ausführungsformen der Erfindung gelten vorzugsweise für den Fall, dass die Steckeraufnahme und der Stecker in axialer Richtung ineinander steckbar und voneinander lösbar sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Aktor ein Krafterzeugungsmittel mit einem Kraftübertragungsmittel, das die Fremdkraft von dem Krafterzeugungsmittel auf den Stecker überträgt. Besonders bevorzugt ist es, wenn das Krafterzeugungsmittel ein Motor ist. Jeder der Motoren kann vorzugsweise ein Elektromotor, insbesondere ein Gleichstrommotor und ganz besonders bevorzugt ein Schrittmotor, sein. Beispielsweise können zwei Elektromotoren an einander gegenüber liegenden Seiten eines Steckeraufnahmekörpers vorgesehen sein. Alternativ kann jedes der Krafterzeugungsmittel auch ein Druckluft- oder hydraulisch betriebenes Mittel, etwa ein hydraulischer Linearmotor, sein.
Um die Fremdkraft auf den Stecker zu übertragen, kann das Kraftübertragungsmittel reibschlüssig oder formschlüssig auf den Stecker einwirken. Beispielsweise kann das Kraftübertragungsmittel ein Reibrad oder ein Zahnrad sein. Das Reibrad wirkt reibschlüssig und das Zahnrad formschlüssig auf den Stecker ein. Insbesondere kann mindestens ein Motor vorzugsweise über jeweils mindestens ein Reibrad und/oder jeweils mindestens ein Zahnrad auf den Stecker einwirken, um die Fremdkraft auf den Stecker zu übertragen. Beispielsweise können mindestens zwei Reibräder vorgesehen sein, die die Steck- oder Lösebewegung des Steckers unterstützen.
Bei Verwendung eines Reibrades zur Kraftübertragung vom Motor auf den Stecker wird das Reibrad vorzugsweise mittels eines Federsystems an eine Außenseite des Steckers angedrückt, um eine reibschlüssige Verbindung mit dem Stecker herzustellen. Beispielsweise kann das Reibrad hierzu im zumindest teilweise eingesteckten Zustand des Steckers in der Steckeraufnahme auf der Außenwand des Steckers aufliegen. In diesem Falle kann das Reibrad durch einen Schlitz im Steckeraufnahmekörper hindurch greifen. Das Federsystem belastet das mindestens eine Reibrad zum Innenraum der Steckeraufnahme. Beim Einstecken des Steckers in die Steckeraufnahme läuft das mindestens eine Reibrad auf der Außenseite des Steckers auf und wird entgegen der Federbelastung nach außen gedrückt und durch die Relativbewegung gedreht.
In entsprechender Weise kann auch mindestens ein Zahnrad zur Kraftübertragung auf den Stecker verwendet werden. In diesem Falle ist die Außenseite des Steckers mit einer hierfür geeigneten Zahnung versehen, in der das mindestens eine Zahnrad kämmt.
Das Kraftübertragungsmittel ist im Falle eines Reibradantriebes durch das Reibrad gebildet und im Falle eines Zahnradantriebes durch das Zahnrad und die entsprechende Zahnung an der Steckeraußenseite. Gegebenenfalls kann das Kraftübertragungsmittel in beiden Fällen zur Untersetzung der Drehzahl des Krafterzeugungsmittels in die Drehzahl des Kraftübertragungsrades zusätzlich ein Getriebe und/oder andere Komponenten, wie beispielsweise einen Keilriemen, umfassen.
Somit kann das mindestens eine Reibrad und/oder das mindestens eine Zahnrad mechanisch, beispielsweise über jeweils einen Keilriemen, mit dem jeweiligen Motor verbunden sein und daher mit der Motorwelle drehen. Alternativ kann somit auch jeweils ein Getriebe zwischen mindestens einem Motor und dem mindestens einen Reibrad und/oder mindestens einen Zahnrad verwendet werden. Beispielsweise kann der mindestens eine Motor den Stecker über jeweils ein Schneckenrad, das mit jeweils einem Zahnrad kämmt, in Bewegung versetzen. Hierzu kann die Fahrstrecke des jeweiligen Zahnrades über dem Steckerkörper mit dem gleichen Profil wie das Zahnrad geprägt sein.
Zur Erfassung der Position und des Bewegungszustandes des Steckers in der Steckeraufnahme kann ferner eine Sensorik vorgesehen sein. Beispielsweise kann eine Drehwinkelsensorik vorgesehen sein, die sich zum Beispiel an mindestens einem Motor befindet. In diesem Falle werden die Position und der Bewegungszustand des Steckers in der Steckeraufnahme indirekt über den Motor ermittelt. Beispielsweise wird eine durch die Relativbewegung des Steckers und der Steckeraufnahme zueinander verursachte Drehung des mindestens einen Reibrades und/oder mindestens einen Zahnrades über einen Keilriemen auf den Motor übertragen, woraufhin die Drehwinkelsensorik am Motor betätigt wird. Daher erzeugt die Drehung mittels der Drehwinkelsensorik dann ein Drehsignal, mit dem die Bewegungsrichtung, die Bewegungsgeschwindigkeit, die Beschleunigung und/oder die Stellung des Steckers in der Steckeraufnahme ermittelbar ist. Alternativ kann die Drehwinkelsensorik auch an mindestens einem Reibrad und/oder mindestens einem Zahnrad vorgesehen sein, sodass die durch die Relativbewegung verursachte Drehung unmittelbar das Drehsignal erzeugt. Alternativ kann auch eine andere Sensorik vorgesehen sein, beispielsweise ein Hallsensor, der die Drehbewegung des Motors oder Reib- und/oder Zahnrades oder die Axialbewegung des Steckers direkt detektiert.
Mittels einer Drehwinkelsensorik kann daher die Drehung des mindestens einen Reibrades und/oder des mindestens einen Zahnrades detektiert werden, und das daraus entstehende Drehsignal kann als Maß für den Drehzustand des Reib- bzw. Zahnrades und damit auch des Einsteckzustandes des Steckers in der Steckeraufnahme ausgegeben werden, sodass die Motoren in geeigneter Art und Weise angesteuert werden können, um die manuell verursachte Bewegung des Steckers in der Steckeraufnahme durch die Fremdkrafteinwirkung zu unterstützen.
Mittels der Sensorik kann zunächst der gesteckte Zustand erkannt werden, sodass die Motoren daraufhin in adäquater Drehrichtung und -geschwindigkeit in Bewegung gesetzt werden. Ferner kann mit diesem Prinzip auch die Einstecktiefe des Steckers in der Steckeraufnahme detektiert werden. Der Motor wird dann gestoppt, wenn die Stecktiefe einen vorgegebenen Wert erreicht hat bzw. überschreitet, der der maximalen Stecktiefe entspricht.
Für den Fall, dass der Stecker in der Steckeraufnahme blockiert ist, kann ferner vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass diese Blockade erfasst wird, indem die Leistungsaufnahme des Motors ermittelt wird, denn die Leistungsaufnahme steigt bei einer Blockade an.
Zur Ansteuerung des mindestens einen Motors kann der vorstehend erwähnte Controller vorgesehen sein. Der Controller kann aus einer Steuerungseinheit und einer Auswerteeinheit gebildet sein. Die Steuerungseinheit umfasst vorzugsweise die Mess- und Steuerglieder, etwa die Treiber für die Motoren und einen Messwiderstand und einen parallel dazu anliegenden Differenzverstärker, und die Auswerteeinheit beispielsweise einen Mikroprozessor (μP), zum Beispiel mit einem A/D-Wandler. Die Auswerteeinheit ist vorzugsweise derart programmiert, dass sie Betriebszustände der erfindungsgemäßen Steckverbinderkombination erfassen und die für die Fremdkraftbetätigung der Steckverbinderkombination erforderlichen Prozessschritte steuern kann. Die Auswerteeinheit im Sinne der Erfindung kann alternativ auch ein verteiltes System mit mehreren räumlichen Komponenten sein. Der Einsatz eines μPs, nebst Software und digitalen Komponenten, ermöglicht einen wirtschaftlichen Entwicklungsprozess und einen geringen Aufwand bei späteren Systemerweiterungen.
Die Auswerteeinheit dient bevorzugt dazu, das ermittelte Drehsignal zur Ermittlung der Drehrichtung und damit der Richtung der Relativbewegung des Steckers zur Steckeraufnahme auszuwerten und das Auswerteergebnis in für die Steuerung der Aktoren geeignete Steuersignale umzusetzen. Ferner ist die Auswerteeinheit vorzugsweise so ausgebildet, dass mindestens einer der Aktoren, vorzugsweise Motoren, über die Steuerungseinheit in der Drehrichtung gedreht wird, die eine manuelle Krafteinwirkung auf den Stecker unterstützt.
Ferner steuert die Auswerteeinheit den Motor über die Steuerungseinheit auch so an, dass der Motor nach dem Ende der Erkennung der Drehung des mindestens einen Reib- und/oder Zahnrades nur für eine vorgegebene Nachlaufzeit Δt beströmt wird und der Motor danach abgeschaltet wird. Nach der Abschaltung des Motors wird fortwährend weiter überwacht, ob der Stecker relativ zur Steckeraufnahme manuell bewegt wird. Wird eine manuell verursachte Bewegung erkannt, etwa mittels der Drehwinkelsensorik, wird der Motor erneut angesteuert und zwar in der von der Drehwinkelsensorik detektierten Drehrichtung des Motors bzw. Reib- und/oder Zahnrades.
Die vorstehenden Ausführungen sind entsprechend für den Fall gültig, dass der Anwender nicht den Stecker manuell in eine beispielsweise stationäre Steckeraufnahme einführt oder den Stecker manuell von der beispielsweise stationären Steckeraufnahme löst, sondern dass der Anwender die Steckeraufnahme manuell handhabt und diese mit einem beispielsweise stationären Stecker verbindet oder von diesem löst. In diesem Falle sind die Mittel zur Detektion des Steckvorganges und die Aktoren zur Fremdkraftbetätigung der Steckverbinderkombination am Stecker und nicht an der Steckeraufnahme angebracht und ziehen die Steckeraufnahme zum Stecker oder lösen die Steckeraufnahme vom Stecker.
Die vorstehend beschriebene Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren und Ausführungsbeispielen näher erläutert:
1: zeigt eine schematische Darstellung einer Steckverbinderkombination mit einem Fahrzeugstecker und einer Fahrzeugsteckeraufnahme im nicht gesteckten Zustand, einschließlich der für den Bewegungsmechanismus benötigten Komponenten;
2: zeigt eine Steckvorrichtung in einer Draufsicht: a) im gesteckten Zustand (der Stecker ist in die Steckeraufnahme eingesteckt); b) im nicht gesteckten Zustand (der Stecker ist in die Steckeraufnahme nicht eingesteckt; die Kontakte der Steckeraufnahme sind erkennbar);
3: zeigt eine Steckverbinderkombination im gesteckten Zustand sowie die der Messung und Steuerung zugrunde liegende Systemarchitektur;
4: zeigt ein Beispiel eines zeitlichen Ablaufes der Motoransteuerung durch die manuelle Steckerführung;
5: zeigt ein Prozessablaufschema für die verschiedenen Zustände bei der Verwendung der Steckverbinderkombination.
In der nachfolgenden Figurenbeschreibung bezeichnen gleiche Bezugszeichen Elemente mit jeweils gleicher Funktion.
Die in 1, 2 gezeigte elektrische Steckverbinderkombination 1 besteht aus einem Stecker 2 und einer Steckeraufnahme 3. Diese Steckverbinderkombination 1 kann beispielsweise beim Ladevorgang eines Elektrofahrzeuges eingesetzt werden. In diesem Falle kann sich der Stecker 2 beispielsweise an einem Ladekabel befinden, das an einem Elektrofahrzeug angebracht ist (nicht dargestellt). Die Steckeraufnahme 3 kann beispielsweise in eine stationäre Ladestation fest eingebaut sein. In diesem Falle wird das Elektrofahrzeug für den Ladevorgang an die stationäre Ladestation herangefahren, das Ladekabel wird an die Ladestation herangeführt, und der Stecker 2 am Ladekabel wird in die Steckeraufnahme 3 der Ladestation manuell eingesteckt, wobei das Einstecken erfindungsgemäß mit Fremdkraftbetätigung unterstützt wird.
Der Stecker 2 umfasst einen zylindrischen Steckerkörper 4, von dessen Stirnseite fünf Steckkontaktstifte 6 vorstehen. Die Steckeraufnahme 3 umfasst einen zylindrischen Steckeraufnahmekörper 7, in dem sich zu den Steckkontaktstiften 6 komplementäre fünf Kontaktbuchsen 8 befinden. Das Ladekabel, an dem sich der Stecker 2 befindet und die weiteren elektrischen Anschlussleitungen an der Steckeraufnahme 3 sind nicht dargestellt. Die Steckkontaktstifte 6 am Stecker 2 werden in die Kontaktbuchsen 8 in der Steckeraufnahme 3 eingesteckt.
An der Steckeraufnahme 3 sind an radial einander gegenüber liegenden Seiten des Steckeraufnahmekörpers 7 je ein Reibrad 10, 11 angebracht. Die Reibräder 10, 11 sind auf Radachsen 12, 13 gelagert. Die Radachsen 12, 13 werden über Blattfedern 14, 15 in Richtung des Innenraumes der Steckeraufnahme vorgespannt. Die Mitte jeder Blattfeder 14, 15 ist an der jeweiligen Radachse 12, 13 befestigt. Die Blattfedern 14, 15 sind mittels jeweils zweier Federschuhe 16 am Steckeraufnahmekörper 7 gehalten, wobei die Blattfedern 14, 15 in den Federschuhen 16 zumindest über einen Teil ihrer Längserstreckung in Richtung der Längserstreckung frei beweglich geführt sind. Die Blattfedern 14, 15 drücken die Reibräder 10, 11 über deren Wellen 12, 13 in sich im Steckeraufnahmekörper 7 befindende Schlitze, sodass die Reibräder 10, 11 in den Innenraum des Steckeraufnahmekörpers 7 federbelastet hineinragen.
Weiterhin sind Elektromotoren 20, 21 vorgesehen, die vorzugsweise ebenfalls am Steckeraufnahmekörper 7 befestigt sind. Die Elektromotoren 20, 21 sind Schrittmotoren. Sie sind über Keilriemen 22, 23 mit den Reibrädern 10, 11 drehbar verbunden. Der in 1 rechts dargestellte Elektromotor 20 ist ferner mit einer Drehwinkelsensorik ausgestattet.
Beim axialen Einschieben des Steckers 2 in die Steckeraufnahme 3 in der Richtung E (Einstecken) werden die Steckkontaktstifte 6 am Stecker 2 in die entsprechenden Kontaktbuchsen in der Steckeraufnahme 3 eingesteckt. Beim axialen Lösen des Steckers 2 aus der Steckeraufnahme 3 in der Richtung L (Lösen) werden die Steckkontaktstifte 6 aus den Kontaktbuchsen heraus gezogen. Gelangt der Steckerkörper 4 innerhalb des Steckeraufnahmekörpers 7 in den Bereich, in dem die Reibräder 10, 11 durch die Schlitze in den Innenraum des Steckeraufnahmekörpers 7 ragen, laufen die Reibräder 10, 11 auf der Außenseite des Steckerkörpers 4 auf und werden aus dem Innenraum des Steckeraufnahmekörpers 7 heraus gedrückt. Dabei rutschen die in den Federschuhen 16 gehaltenen Enden der Blattfedern 14, 15 aufeinander zu, wodurch ein flexibles Federsystem zustande kommt. Die Kontaktflächen der Reibräder 10, 11 sind vorzugsweise mit einem geeigneten Profil versehen, und die Federkraft der Blattfedern 14, 15 ist groß genug, damit eine ausreichend große Reibungskraft zwischen den Reibrädern 10, 11 und dem Steckerkörper 4 garantiert und deren Durchdrehen ausgeschlossen wird. Durch das Auflaufen der Reibräder 10, 11 auf der Außenseite des Steckerkörpers 4 werden die Reibräder 10, 11 in Drehung versetzt. Das rechte Reibrad 10 wird im Uhrzeigersinn in Drehung versetzt, während das linke Reibrad 11 im Gegenuhrzeigersinn in Drehung versetzt wird. Dadurch werden die Wellen der Elektromotoren 20, 21, die über die Keilriemen 22, 23 mit den Reibrädern 10, 11 verbunden sind, ebenfalls in Drehung versetzt, sodass durch die an dem rechten Elektromotor 20 befindliche Drehwinkelsensorik ein Drehsignal erzeugt wird, das mit der Stecktiefe und der Einsteckbewegung des Steckers 2 korreliert. Durch die Drehwinkelsensorik wird festgestellt, wie weit der Stecker 2 in die Steckeraufnahme 3 eingesteckt ist bzw. welche Position der Stecker 2 in der Steckeraufnahme 3 hat. Alternativ könnte die Steckerposition auch über eine separate Sensorik, beispielsweise einen Hallsensor, verwirklicht werden, die die Drehbewegung zumindest eines der Elektromotoren 20, 21 oder die Axialbewegung des Steckers 2 ausgibt.
3 zeigt die Systemarchitektur und den Steuerungsmechanismus der vorliegenden Erfindung:
Der Stecker 2 ist bereits in die Steckeraufnahme 3 zumindest teilweise eingesteckt gezeigt. Zur Veranschaulichung des Einsteckzustandes ist die Steckeraufnahme 3 transparent dargestellt, sodass der sich im Innenraum des Steckeraufnahmekörpers 7 befindende Teil des Steckerkörpers 4 einschließlich der Steckkontaktstifte 6 erkennbar sind.
Rechts neben der Steckverbinderkombination 1 ist ein Controller 100 mit einer Steuerungseinheit 110 und einer Auswerteeinheit 120 dargestellt. Die Steuerungseinheit 110 umfasst im vorliegenden Falle jeweils einen Treiber 111, 112 für die beiden Elektromotoren 20, 21, ferner einen Differenzverstärker 113, der eine Spannungsdifferenz über einen Widerstand (Shunt) 114 abgreift. Die Auswerteeinheit 120 umfasst einen μP 121, der einen A/D-Wandler 122 enthält. Von der Drehwinkelsensorik des rechten Elektromotors 20 wird ein Eingangssignal (das Drehsignal) an den Eingang E1 des μPs 121 geliefert. Ferner wird auch ein Stoppsignal von dem Differenzverstärker 113 an den Eingang E2 des μPs 121 am A/D-Wandler geliefert. Schließlich liefert der μP 121 Ausgangssignale über die Ausgänge A1, A2 an die Treiber 111, 112, die die Motoren 20, 21 ansteuern.
Die Rotation der Reibräder 10, 11 wird über die Keilriemen 22, 23 auf die Elektromotoren 20, 21 übertragen. Dabei wird durch die Drehwinkelsensorik des rechten Elektromotors 20 die Drehrichtung ermittelt, und das erzeugte Drehsignal der Drehwinkelsensorik wird über den Eingang E2 an den μP 121 der Auswerteeinheit 120 geliefert. Das Drehsignal wird sowohl zur Ermittlung der Bewegungsrichtung des Steckers 2 in der Steckeraufnahme 3 als auch zur Bestimmung der Steckerposition bzw. der Stecktiefe benötigt. Dazu reicht es aus, dass nur einer der Elektromotoren 20, 21 mit einer Drehwinkelsensorik ausgerüstet ist. Ist zusätzlich auch der Elektromotor 21 auch mit einer Drehwinkelsensorik ausgerüstet, soll ähnlich dem Elektromotor 20 ein zweites Stoppsignal und ein zweites Drehsignal erzeugt und zur Auswertung der Auswerteeinheit 120 geliefert werden. Bei Bedarf und auslegungsabhängig lassen sich mehrere Elektromotoren samt deren Stoppsignalen und Drehsignalen einsetzen. Durch die Bestimmung der Stecktiefe lässt sich feststellen, wann die Beströmung der Elektromotoren 20, 21 beendet werden muss, denn beispielsweise dann, wenn der Stecker 2 vollständig in der Steckeraufnahme 3 sitzt, sollen die Elektromotoren 20, 21 gestoppt werden.
Wird die Drehrichtung über das Drehsignal erkannt, werden die beiden Leistungstreiber 111, 112 der Elektromotoren 20, 21 durch die Ausgänge A1, A2 des μP 121 angesteuert. Die Elektromotoren 20, 21 können den Reibrädern 10, 11 somit zur Rotation verhelfen. Die Elektromotoren 20, 21 sind vorzugsweise synchron anzusteuern, damit der Stecker 2 in der Steckeraufnahme 3 nicht verkantet.
Bei einer Unterbrechung der manuellen Krafteinwirkung auf den Stecker 2 veranlasst die Auswerteeinheit 120 die Leistungstreiber 111, 112 über entsprechende Signale an den Ausgängen A1, A2, die Motoren zumindest kurzzeitig während einer Nachlaufzeit Δt weiter drehen zu lassen, sodass der Stecker 2 während dieser Zeitspanne die einmal eingehaltene Bewegung fortsetzt. Nach Ablauf der Nachlaufzeit Δt werden die Motoren 20, 21 abgeschaltet. Nach der Motorabschaltung überwacht die Drehwinkelsensorik am rechten Motor 20 weiter die Drehung dieses Elektromotors 20, um bei Erkennung einer erneuten (manuell verursachten) Drehung des rechten Reibrades 10 wieder beide Elektromotoren 20, 21 in den Drehrichtungen der beiden Reibräder 10, 11 anzusteuern. Wird dagegen keine manuell verursachte Drehung des rechten Reibrades 10 bzw. keine manuelle Führung des Steckers 2 erkannt, bleiben die Motoren 20, 21 ausgeschaltet.
Um den aktuellen Drehstatus des rechten Elektromotors 20 und damit des rechten Reibrades 10 kontinuierlich überwachen zu können, wird eine fortwährende Überwachung durchgeführt. Die hierfür erforderlichen Überwachungszyklen der Drehwinkelsensorik sollen vorteilhafter Weise viel kürzer sein als die Nachlaufzeit Δt, damit eine eventuelle Vibration des Steckers 2 verhindert wird.
In 4 ist der zeitliche Ablauf bei einem ordnungsgemäßen Einsteckvorgang gezeigt. Die Kurve zeigt die Motordrehung über die Zeit an:
Zu Beginn wird der Stecker 2 kurzzeitig zum Zeitpunkt t₀ manuell in die Steckeraufnahme 3 eingesteckt, sodass ein Drehsignal an die Auswerteeinheit 120 geliefert wird. Daraufhin werden die Motoren 20, 21 angesteuert und ziehen den Stecker 2 in die Steckeraufnahme 3 ein. Die Motoren 20, 21 laufen während einer Zeitspanne Δt nach der sofortigen Beendigung der manuellen Steckerbetätigung (bei t₀) weiter, stoppen dann aber zum Zeitpunkt t₁, da keine weitere manuelle Betätigung mehr detektiert wird. Während der darauf folgenden Zeitspanne (bis zum Zeitpunkt t₀') findet keine manuelle Betätigung des Steckers 2 mehr statt. Daher werden die Motoren während dieses Zeitraumes nicht angesteuert. Der Stecker 2 wird aus diesem Grunde auch nicht mit Fremdkraftbetätigung in die Steckeraufnahme 3 eingezogen. Im Anschluss daran (zum Zeitpunkt t₀') wird der Stecker 2 wieder manuell betätigt, in diesem Falle jedoch während einer längeren Zeitspanne bis zum Zeitpunkt t₁'. Während dieser Zeitspanne und auch noch danach bis zum Ablauf einer sich anschließenden Nachlaufzeit Δt (bis zum Zeitpunkt t₂') werden die Motoren 20, 21 wieder angesteuert, sodass der Stecker 2 in die Steckeraufnahme 3 motorisch eingezogen wird.
Mit dem Konzept der vorliegenden Erfindung lässt sich auch ein Einklemm-(Blockier)schutz realisieren. Der Stecker 2 kann beispielsweise dann in der Steckeraufnahme 3 blockiert sein, wenn sich zwischen dem Stecker 2 und der Steckeraufnahme 3 ein Fremdkörper eingeklemmt hat. In einem derartigen Falle soll die Beströmung der Elektromotoren 20, 21 gestoppt werden. Solch ein Blockierschutz wird auch bei elektrischen Fensterhebern von Fahrzeugen angewendet. Durch die Messung der Spannung am Shunt 114 R (vorzugsweise < 10 Ω) mittels des Differenzverstärkers 113 und des A/D-Wandlers 112 im μP 121 am Eingang E2 der Auswerteeinheit 120 wird der durch den Shunt 114 fließende Strom bestimmt. Ist die Bewegung des Steckers 2 aus irgendeinem Grunde verhindert, fließt ein einen vorgegebenen Maximalstrom überschreitender Verbrauchsstrom durch den Shunt 114, sodass sich ein entsprechender Spannungsabfall am Differenzverstärker 113 ergibt, der das Stoppsignal erzeugt. In diesem Falle dürfen die Treiber 111, 112 nicht mehr angesteuert werden, sodass die Motoren 20, 21 gestoppt werden. Ferner kann die Drehrichtung der Motoren 20, 21 auch umgedreht werden, um ein lösen eventuell eingeklemmter Fremdkörper zu ermöglichen. Hierfür werden die Treiber 111, 112 aus den Ausgängen A1, A2 der Auswerteeinheit 120 in entsprechender Art und Weise angesteuert, nachdem der blockierte Zustand über das Stoppsignal über den Eingang E2 erkannt wurde.
5 zeigt den Algorithmus und die Prozessabläufe des erfindungsgemäßen Verfahrens. Nach der Bereitschaftssetzung („Controller in Bereitschaft”) wird ein Prozess gestartet, welcher überwacht, ob die Drehung der Reibräder 10, 11 stattgefunden hat bzw. ob ein Drehsignal vorliegt. Der Bereitschaftsmodus kann beispielsweise durch eine Aktion des Fahrzeugsbenutzers aktiviert werden, zum Beispiel durch Betätigung der Zentralverriegelung des Fahrzeuges (was bei einer Absicht, das Fahrzeug zu laden, üblich wäre).
Wenn ein Drehsignal durch manuelle Bestätigung des Steckers 2 erkannt wird (Abfrage „Drehsignal vorhanden?”), wird zuerst ein Parameter auf Null gesetzt, der die Anzahl der bisherigen Änderungen der Drehrichtung durch die Ansteuerung der Motoren 20, 21 wiedergibt („Anzahl der Änderungen der Drehrichtung = 0”). Anschließend wird die Bewegungsrichtung des Steckers 2 über die Drehrichtung des rechten Reibrades 10 und damit der Drehwinkelsensorik festgestellt („Ermittlung der Bewegungsrichtung des Steckers”). Nachfolgend werden die Elektromotoren 20, 21 in der Bewegungsrichtung des Steckers 2 angesteuert („Motoransteuerung zugunsten der Bewegungsrichtung des Steckers”), sodass der Stecker 2 durch Fremdkraftbetätigung bewegt und die manuelle Bewegung des Steckers 2 in der Steckeraufnahme 3 fremdkraftbetätigt unterstützt wird. Anschließend wird die Überwachung des Drehsignals fortgesetzt (Abfrage „Drehsignal vorhanden?”).
Sollte alternativ kein Drehsignal erkannt werden, soll zuerst festgestellt werden, ob ein Stoppsignal vorliegt, was darauf hindeuten würde, dass der Stecker 2 in der Steckeraufnahme 3 blockiert ist (Abfrage „Stoppsignal vorhanden?”). Falls kein Stoppsignal vorliegt, bedeutet dies, dass entweder keine manuelle Betätigung des Steckers 2 mehr detektiert werden kann oder dass bereits die maximale Stecktiefe des Steckers 2 in der Steckeraufnahme erreicht ist. Um dies zu entscheiden, wird dann überprüft, ob bereits die maximale Stecktiefe des Steckers 2 erreicht ist (Abfrage „Maximale Stecktiefe erreicht?”). Falls die maximale Stecktiefe erreicht ist, werden die Elektromotoren 20, 21 nicht mehr angesteuert, und die Motoren 20, 21 werden nicht beströmt („Controller ausschalten”).
Falls die maximale Stecktiefe des Steckers 2 dagegen noch nicht erreicht ist, kann dies nur bedeuten, dass keine manuelle Betätigung des Steckers 2 mehr detektiert werden kann, sodass die Motoren lediglich noch während der Nachlaufzeit Δt angesteuert und anschließend nicht mehr angesteuert werden. Dieser Prozess ist nicht im Detail dargestellt. Jedenfalls wird die Überwachungsschleife fortwährend durchlaufen, um zu ermitteln, ob der Stecker 2 erneut manuell doch wieder betätigt wird, sodass ein Drehsignal erfasst werden kann (Abfrage „Drehsignal vorhanden?”).
Falls jedoch ein Stoppsignal festgestellt worden ist (siehe 3: Erzeugung des Stoppsignals durch den am Shunt 114 fließenden erhöhten Verbrauchsstrom und Überführen des Stoppsignals zum Eingang E2 des μPs 121), so ist dies durch eine Blockade der Steckverbinderkombination 1 hervorgerufen worden. In diesem Falle wird zuerst die Anzahl der Änderungen der Drehrichtung um eine Einheit erhöht („Anzahl der Änderungen der Drehrichtung inkrementieren”). Anschließend wird die Drehrichtung geändert, und die Motoren werden in der geänderten Drehrichtung angesteuert („Änderung der Drehrichtung”). Danach wird überprüft, ob die bisherige Anzahl der Änderungen der Drehrichtung bereits die vorgegebene maximale Anzahl n_max erreicht hat (Abfrage „Anzahl der Änderungen der Drehrichtung > n_max?”). Falls dies noch nicht der Fall sein sollte, wird erneut geprüft, ob ein Drehsignal detektiert werden kann (Abfrage „Drehsignal vorhanden?”). Nur wenn dies noch nicht der Fall ist, d. h. wenn sich die Steckverbinderkombination 1 immer noch im eingeklemmten Zustand befindet, wird die Anzahl der Änderungen der Drehrichtung wieder um eine Einheit erhöht („Anzahl der Änderungen der Drehrichtung inkrementieren”), und danach wird die Drehrichtung erneut geändert, und die Motoren werden in der geänderten Drehrichtung angesteuert („Änderung der Drehrichtung”). Falls schließlich trotz mehrfacher Änderung der Drehrichtung die Blockade nicht gelöst worden ist, werden die Motoren gestoppt („Controller ausschalten”), weil die Anzahl der Änderungen der Drehrichtung n_max überschritten hat (Abfrage „Anzahl der Änderungen der Drehrichtung > n_max?”). Falls sich die Blockade gelöst hat, kann wieder ein Drehsignal detektiert werden (Abfrage „Drehsignal vorhanden?”), sodass der normale Betrieb wieder aufgenommen werden kann.

Claims

Elektrische Steckverbinderkombination (1), die eine Steckeraufnahme (3) und einen durch Fremdkraftbetätigung in die Steckeraufnahme (3) einsteckbaren und aus dieser wieder lösbaren Stecker (2) aufweist, wobei die Fremdkraftbetätigung ein manuelles Einstecken des Steckers (2) in die Steckeraufnahme (3) und ein manuelles Lösen des Steckers (2) aus der Steckeraufnahme (3) unterstützt, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein den Stecker (2) antreibender Motor (20, 21) vorgesehen ist, um den Stecker (2) durch Fremdkraftbetätigung in die Steckeraufnahme (3) einzustecken und aus der Steckeraufnahme (3) wieder zu lösen.
Elektrische Steckverbinderkombination (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fremdkraftbetätigung durch eine auf den Stecker (2) ausgeübte und eine Einsteckbewegung in die Steckeraufnahme (3) oder Lösebewegung aus der Steckeraufnahme (3) verursachende Kraft und/oder Bewegung ausgelöst wird.
Elektrische Steckverbinderkombination (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckverbinderkombination (1) einen Controller (100) für die Fremdkraftbetätigung umfasst.
Elektrische Steckverbinderkombination (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer des mindestens einen Motors (20, 21) über jeweils mindestens ein Reibrad (10, 11) und/oder jeweils mindestens ein Zahnrad auf den Stecker (2) einwirkt.
Elektrische Steckverbinderkombination (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Reibrad (10, 11) mittels eines Federsystems (14, 15; 16) an eine Außenseite des Steckers (2) angedrückt wird, um eine reibschlüssige Verbindung mit dem Stecker (2) herzustellen.
Elektrische Steckverbinderkombination (1) nach einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Reibrad (10, 11) und/oder das mindestens eine Zahnrad über jeweils einen Keilriemen (22, 23) mit dem jeweiligen Motor (20, 21) verbunden ist.
Elektrische Steckverbinderkombination (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (20, 21) mit einer Drehwinkelsensorik zur Erfassung der Position und des Bewegungszustandes des Steckers (2) in der Steckeraufnahme (3) ausgestattet ist.
Elektrische Steckverbinderkombination (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Drehwinkelsensorik ein Drehsignal erzeugt wird, mit dem die Bewegungsrichtung, die Bewegungsgeschwindigkeit, die Bewegungsbeschleunigung und/oder die Stellung des Steckers (2) in der Steckeraufnahme (3) ermittelbar ist.
Elektrische Steckverbinderkombination (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leistungsaufnahme des Motors (20, 21) ermittelbar ist, um ein Blockieren des Steckers (2) in der Steckeraufnahme (3) zu erfassen.
Steckeraufnahme (3) der elektrischen Steckverbinderkombination (1) nach einem der Ansprüche 1–9,, wobei die Fremdkraftbetätigung durch den mindestens einen Motor (20, 21) an der Steckeraufnahme (3) bewirkt wird.
Verwendung der elektrischen Steckverbinderkombination (1) nach einem der Ansprüche 1–9 für das Laden eines Elektrofahrzeuges.
Verfahren zur Steuerung der Steck- und Ziehkraft eines Steckers (2) in einer den Stecker (2) und eine Steckeraufnahme (3) aufweisenden Steckverbinderkombination (1), mit folgenden Verfahrensschritten: a) Feststellen, ob der Stecker (2) durch manuelle Krafteinwirkung in der Steckeraufnahme (3) bewegt wird; b) Ermitteln einer Bewegungsrichtung des Steckers (2) in der Steckeraufnahme (3); und c) Ansteuern eines Aktors (20, 21) zur unterstützenden Bewegung des Steckers (2) in der Steckeraufnahme (3) in der ermittelten Bewegungsrichtung.
Verfahren zur Steuerung der Steck- und Ziehkraft des Steckers nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (20, 21) angehalten wird, wenn der Stecker (2) eine maximale Stecktiefe in der Steckeraufnahme erreicht hat oder wenn der Stecker (2) in der Steckeraufnahme (3) blockiert ist.
Verfahren zur Steuerung der Steck- und Ziehkraft des Steckers nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsrichtung umgekehrt wird, wenn der Stecker (2) in der Steckeraufnahme (3) blockiert ist.
Verfahren zur Steuerung der Steck- und Ziehkraft des Steckers nach einem der Ansprüche 12–14, dadurch gekennzeichnet, dass die Fremdkraftbetätigung auch während einer vorgegebenen Nachlaufzeit Δt nach Beendigung einer auf den Stecker (2) ausgeübten manuellen Kraft und/oder Bewegung bewirkt wird.
Verfahren zur Steuerung der Steck- und Ziehkraft des Steckers nach einem der Ansprüche 12–14, dadurch gekennzeichnet, dass die Fremdkraftbetätigung unterbrochen wird, wenn der Stecker (2) eine maximale Stecktiefe in der Steckeraufnahme (3) erreicht hat.
Verfahren zur Steuerung der Steck- und Ziehkraft des Steckers nach einem der Ansprüche 12–16, dadurch gekennzeichnet, dass die Fremdkraftbetätigung unterbrochen oder eine vorgegebene Richtung der Fremdkraftbetätigung umgekehrt wird, wenn der Stecker (2) in der Steckeraufnahme (3) blockiert ist.