DE102011083788A1

DE102011083788A1 - Ladedose für eine Steckverbindung zur Aufladung eines Elektrofahrzeuges

Info

Publication number: DE102011083788A1
Application number: DE102011083788A
Authority: DE
Inventors: Frank Wittrock; Dirk Weyrauch; Talat Salman
Original assignee: Tyco Electronics AMP GmbH
Current assignee: TE Connectivity Germany GmbH
Priority date: 2011-09-29
Filing date: 2011-09-29
Publication date: 2013-04-04
Also published as: WO2013045329A3; WO2013045329A2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladedose (1) für eine Steckverbindung (3), insbesondere zur Aufladung einer steckkraftintensiven Steckverbindung eines Elektrofahrzeuges, mit einem Dosengehäuse (7), das eine Einstecköffnung (8) zum Einführen der Steckerkontakte (5) eines Steckers (2) entlang einer Einschubrichtung (E) in das Dosengehäuse (7) aufweist, und mit einer Kontaktanordnung (12), welche die Dosenkontakte (14) der Ladedose (1) umfasst. Um eine Ladedose (1) bereitzustellen, die ein bedienerfreundliches, kraftarmes Stecken und Lösen einer Steckverbindung (3) zum Laden von Elektrofahrzeugen ermöglicht, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Kontaktanordnung (12) aus einer Wartestellung, in der die Dosenkontakte (14) von den Steckerkontakten (5) eines in die Ladedose (1) gesteckten Steckers (2) beanstandet sind, in eine Ladestellung, in der die Dosenkontakte (14) mit den Steckerkontakten (5) des in die Ladedose (1) gesteckten Steckers (2) verbunden sind, überführbar ausgestaltet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladedose für eine Steckverbindung, insbesondere zur Aufladung eines Elektrofahrzeuges, mit einem Dosengehäuse, dass eine Einstecköffnung zum Einführen der Steckerkontakte eines Steckers entlang einer Einschubrichtung in das Dosengehäuse aufweist, und mit einer dosenseitigen Kontaktanordnung, welche die Dosenkontakte der Ladedose umfasst.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Verbinden einer Steckverbindung, insbesondere zum Aufladen eines Elektrofahrzeuges, umfassend die Schritte: a) ein Einführen der Steckerkontakte eines Steckers in ein Dosengehäuse einer Ladedose und b) Kontaktieren der Steckerkontakte mit den Dosenkontakten einer dosenseitigen Kontaktanordnung der Ladedose.
Zur Aufladung von Elektrofahrzeugen werden bislang Steckersysteme für den Endanwender eingesetzt, wie sie auch im Haushalt verwendet werden. Diese Systeme haben zwar den Vorteil, dass geringe Steck- bzw. Ziehkräfte auftreten, wenn die Steckerkontakte mit den Dosenkontakten elektrisch verbunden werden, jedoch dauert der Ladevorgang sehr lange.
Um den Ladevorgang zu beschleunigen, wurden Hochstromsteckverbindungen entwickelt. Bei solchen Hochstromsteckverbindungen, aber auch bei anderen, insbesondere mehrpoligen Steckern, sind hohe Steck- bzw. Fügekräfte von oft über 50 N aufzubringen, um die zum Stecken der Steckverbindung erforderlichen Reibkräfte zu überwinden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf reibungs- bzw. fügekraftintensive Steckverbindungen, zu deren Schließen eine hohe Fügekraft aufgebracht werden muss, beschränkt, sondern für Steckverbindungen allgemein einsetzbar. Diese hohen Kräfte erschweren die Bedienung und bergen ein nicht unerhebliches Verletzungsrisiko für den Bediener, denn standardisierte Hochstromstecker oder mehrpolige Stecker sind mit einem umlaufenden Bund versehen, der an einem Steckkragen der Ladedose anliegt. Durch die hohen Fügekräfte zum Stecken wird der Steckerbund gegen den Dosenkragen gepresst, wodurch eine gefährliche Quetschstelle entsteht.
Um die Bedienung einer Steckverbindung, insbesondere einer Hochstromsteckverbindung zu vereinfachen, sind Steckverbindungen bekannt, die mit einem Hebel zum Schließen und Öffnen ausgestaltet sind. Dies ist jedoch einerseits nicht sonderlich komfortabel für den Bediener, da er neben dem Einführen des Steckers noch zusätzliche Handgriffe zum Schließen der Steckverbindung ausführen muss. Andererseits bedeutet die Anbringung eines Hebels einen erhöhten Platzbedarf und eine komplexere Steckstruktur der Ladedose für eine Stromsteckverbindung.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist somit eine Ladedose und ein Verfahren bereitzustellen, die ein bedienerfreundliches, kraftarmes Stecken und Lösen einer Steckverbindung zum Laden von Elektrofahrzeugen ermöglichen.
Die vorliegende Erfindung löst dieses Problem dadurch, dass bei der eingangs genannten Ladedose die dosenseitige Kontaktanordnung aus einer Wartestellung, in der die Dosenkontakte von den Steckkontakten eines in die Ladedose gesteckten Steckers beabstandet sind, in eine Ladestellung, in der die Dosenkontakte mit den Steckerkontakten des in die Ladedose gesteckten Steckers verbunden sind, überführbar ausgestaltet ist.
Für das eingangs genannte Verfahren zum Verbinden einer Steckverbindung wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die dosenseitige Kontaktanordnung zum Kontaktieren aus einer Wartestellung, in der die Dosenkontakte von den Steckerkontakten des in die Ladedose gesteckten Steckers beabstandet sind, in eine Ladestellung, in der die Dosenkontakte mit den Steckerkontakten verbunden sind, überführt wird.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass der Bediener den Stecker mit einer niedrigen Steckkraft, beispielsweise von weniger als 5 N, in das Dosengehäuse einführen und in die vorbestimmte Endposition des Steckers bringen kann. Die Kontaktanordnung der Ladedose befindet sich zu diesem Zeitpunkt noch in der Wartestellung, so dass bei dem Einschieben des Steckers entlang der Einsteck- oder Einschubrichtung (diese beiden Begriffe werden im Folgenden als Synonyme verwendet) in seine gesteckte Endposition im Dosengehäuse die Steckerkontakte noch nicht mit den Dosenkontakten in Verbindung kommen. Daher treten beim Einführen des Steckers in die Ladedose nur sehr geringe Kräfte auf, was ein kraftarmes Stecken ermöglicht. Erst nachdem der Stecker in die Ladedose gesteckt ist und sich in seiner Endposition befindet, wird die Kontaktanordnung aus der Wartestellung in die Ladestellung überführt, wodurch Steckerkontakte mit den Dosenkontakten in Verbindung gebracht werden und der Ladevorgang gestartet wird. In der Ladestellung ist die Kontaktanordnung im Steckgesicht des Steckers untergebracht und Steckerkontakte sind mit Dosenkontakten elektrisch leitend verbunden.
Die Ladedose der vorliegenden Erfindung ermöglicht auch ein kraftarmes Abziehen des Steckers von der Ladedose, wozu zunächst die Kontaktanordnung aus der Ladestellung in die Wartestellung zurück überführt wird. Dabei werden die Steckerkontakte von den Dosenkontakten getrennt und die bei Kontakt auftretenden hohen Steck- bzw. Ziehkräfte klingen ab. Anschließend kann der Stecker kraftarm entgegen der Einschubrichtung aus dem Dosengehäuse entfernt werden.
Insgesamt ermöglichen es die erfindungsgemäße Ladedose und das erfindungsgemäße Verfahren einem Bediener, den Stecker einer Hochstromsteckverbindung kraftarm und ohne Verletzungsgefahr in seine vorgesehene End- bzw. Steckposition in die Ladedose einzuführen. In der Endposition ist der Stecker gut in der Ladedose vorzentriert und ausgerichtet, was die Bedienfreundlichkeit von Steckverbindungen, insbesondere von Hochstromsteckverbindungen verbessert und eine Verletzungsgefahr des Bedieners reduziert, da beim Einstecken des Steckers keine hohen Steck- bzw. Fügekräfte aufgebracht werden müssen.
Die vorliegende Erfindung kann durch verschiedene, jeweils für sich vorteilhafte, beliebig miteinander kombinierbare Ausgestaltungen weiter verbessert werden. Auf diese Ausgestaltungsformen und die mit ihnen verbundenen Vorteile wird im Folgenden eingegangen.
In einer ersten Ausführungsform kann die Kontaktanordnung relativ zum Dosengehäuse bewegbar gelagert sein, wodurch eine Überführung der Kontaktanordnung aus der Wartestellung in die Ladestellung erleichtert wird.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Kontaktanordnung ein bewegbares Kontaktgehäuse umfassen, in dem die Dosenkontakte angeordnet sind. Gemäß dieser Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Ladedose neben dem Dosengehäuse einen Kontaktblock auf, der aus dem Kontaktgehäuse und den in diesem Kontaktgehäuse angeordneten Dosenkontakten besteht. Dieser Kontaktblock bzw. das Kontaktgehäuse kann relativ zum Dosengehäuse beweglich gelagert sein, wodurch die beiden Kontakte tragenden Elemente, der Stecker und das Kontaktgehäuse, beim Schließen der Hochstromsteckverbindung aufeinander zu gefahren werden können, was die Steckwege verkürzt und eine besonders kompakte Bauweise der erfindungsgemäßen Ladedose ermöglicht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Kontaktgehäuse in der Wartestellung bereits zumindest abschnittsweise in den in die Ladedose Stecker, vorzugsweise im Bereich dessen Steckgesichtes eintauchen. Dadurch werden die beiden Kontakte tragenden Elemente Stecker und Kontaktgehäuse bereits in der Wartestellung vorgesteckt und abschnittsweise mechanisch miteinander verbunden, was eine Überführung der Kontaktanordnung aus der Warte- in die Ladestellung erleichtert und bei dem bereits das Einführen des Steckers in das Ladedosegehäuse durch das Kontaktgehäuse geführt und zentriert wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Ladedose ein Führung aufweisen, welche die Translation der Kontaktanordnung in und entgegen der Einschubrichtung leitet. Diese Ausführungsform erleichtert ein Einführen der Kontaktanordnung in das Steckgesicht des Steckers und vermeidet ein Verkanten der Kontaktanordnung bei ihrer Überführung aus der Warte- in die Ladeposition, indem die Bewegung der Kontaktanordnung durch die Führung entlang einer vorbestimmten Richtung geleitet wird. Die Translation entgegen der Einsteckrichtung beim Überführen der Kontaktanordnung aus der Warte- in die Ladeposition begünstigt auch das Verbinden und Lösen von Kontaktanordnung mit Steckergesicht und/oder Dosenkontakten und Steckerkontakten, da die Bewegung der Kontaktanordnung an die Einsteckrichtung des Steckers angepasst ist.
In einer weiteren Ausführungsform der Ladedose kann ein Antrieb zum Überführen der Kontaktanordnung aus der Wartestellung in die Ladestellung vorgesehen sein, was ein motorisches Schließen der Steckverbindung ermöglicht. Der Motor bringt die erforderlichen Steck- bzw. Fügekräfte zum Kontaktieren der Kontakte selbst reibungsbelasteter kraftintensiver Steckverbindungen auf. Beispielsweise kann ein elektromotorischer Antrieb eingesetzt werden, um die Kontaktanordnung aus der Wartestellung in die Ladestellung zu überführen. In einer Ausführungsform kann der Antrieb als Linearantrieb ausgestaltet sein, wodurch auf einfache Weise eine Translation der Kontaktanordnung in und entgegen der Einschubrichtung realisiert werden kann. Ferner kann der Antrieb bidirektional ausgestaltet sein und nicht nur das Überführen der Kontaktanordnung aus der Wartestellung in die Ladestellung, sondern gleichzeitig auch die Rücküberführung aus der Ladestellung in die Wartestellung bewerkstelligen.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Ladedose ein Getriebe aufweisen. Das Getriebe kann so ausgestaltet sein, dass es eine Rotationsbewegung, die beispielsweise von einem Motor, wie einem Elektromotor, der ebenfalls Teil der Ladedose sein kann, in eine Linearbewegung der Kontaktanordnung umwandelt. Ausgestaltungen mit einem solchen Getriebe sind besonders kompakt, da der Motor am radialen Umfang der Ladedose und nicht axial, also in oder entgegen der Einsteckrichtung von der Ladedose beabstandet angebracht werden kann und trotzdem eine Translation der Kontaktanordnung in und entgegen der Einsteckrichtung ermöglicht. Bevorzugte Beispiele für ein derartiges Getriebe sind ein Schneckengetriebe und/oder ein Schraubgetriebe.
In einer weiteren Ausgestaltung zeichnet sich die Ladedose dadurch aus, dass an der Kontaktanordnung ein antreibbares Stellorgan angeordnet ist. Über ein solches Stellorgan, beispielsweise eine Zahnstange und/oder ein Gewinde, das beispielsweise auf einer Außenfläche der Kontaktanordnung angebracht oder ausgeformt sein kann, kann die Kontaktanordnung mit dem Antrieb, insbesondere dessen Getriebe, gekoppelt und durch den Motor über das Getriebe linear bewegt werden.
In einer Ausführungsform kann das antreibbare Stellorgan an einer nach außen weisenden Fläche des Kontaktgehäuses ausgeformt sein.
Um eine automatisierte Überführung der Kontaktanordnung aus der Warte- in die Ladestellung zu ermöglichen, kann gemäß einer weiteren Ausführungsform die Ladedose mit einer Schalteranordnung zur Betätigung des Antriebs versehen sein. Auf diese Weise kann der Antrieb durch Betätigen der Schalteranordnung in Gang gesetzt und die Kontaktanordnung automatisch aus der Warte- in die Ladestellung verfahren werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Schalteranordnung der Ladedose wenigstens einen Startschalter, dessen Betätigung den Antrieb in Gang setzt, und wenigstens einen Stoppschalter, dessen Betätigung den Antrieb anhält, umfassen. Dadurch wird es möglich, den Antrieb zu starten und wieder anzuhalten, um die Kontaktanordnung gezielt aus der Wartestellung in die Ladestellung, aber nicht darüber hinaus, zu überführen. Dadurch wird ein Festfahren der Kontaktanordnung bzw. eine unbeabsichtigte Belastung des Antriebs vermieden, da der Antrieb gestoppt wird, wenn sich die Kontaktanordnung bereits in der gewünschten Position, sei es die Wartestellung oder die Ladestellung, befindet.
In einer weiteren Ausgestaltung der Ladedose kann der Startschalter vom Stecker betätigbar angeordnet sein, und/oder der Stoppschalter vom Antrieb und/oder der Kontaktanordnung betätigbar angeordnet sein. Auf diese Weise kann der Startschalter vom eingeführten, in seine Endposition gesteckten Stecker betätigt werden und der Antrieb in Gang gesetzt werden, sobald der Stecker vollständig in dem Dosengehäuse untergebracht und in seiner Endposition angeordnet ist. Dass der Stoppschalter vom Getriebe und/oder der Kontaktanordnung betätigt wird, hat den Vorteil, dass Getriebe und Kontaktanordnung bei der Überführung der Kontaktanordnung aus der Wartestellung in die Ladestellung bewegt werden. Wird der Stoppschalter von Antrieb und/oder Kontaktanordnung, die sich bei der Überführung der Kontaktanordnung bewegen, betätigt, kann das Ausmaß der Bewegung genau definiert und dann durch Betätigung des Stoppschalters gezielt angehalten werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Ladedose eine Haltevorrichtung zum Fixieren des Steckers im Dosengehäuse umfassen. Auf diese Weise kann der in der Endposition im Dosengehäuse angeordnete Stecker gehalten oder sogar verriegelt werden und selbst dann nicht unbeabsichtigt aus dem Dosengehäuse fallen, wenn die Kontaktanordnung sich noch in der Wartestellung befindet und die hohen Steckkräfte, die den Stecker in die Dose pressen, noch nicht auftreten.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Haltevorrichtung wenigstens ein Halteelement aufweisen, das einen Fixieranschlag des gesteckten Steckers hintergreifbar ausgestaltet ist. Auf diese Weise kann das Halteelement den gesteckten Stecker in der Endposition hintergreifen und somit gegen ein unbeabsichtigtes Abziehen oder ein Herausfallen aus dem Dosengehäuse sichern. Beispielsweise kann das Halteelement als Halteklammer oder Haltearm ausgestaltet sein und einen Bereich aufweisen, der beim Einführen des Steckers in das Dosengehäuse entgegen einer Federkraft ausgelenkt wird. Sobald sich der Stecker in seiner Endposition befindet, wird das Halteelement durch die Federwirkung wieder in seine Ruheposition zurückbewegt in eine Stellung, in der ein Halteelement, beispielsweise eine Rastnase, einen Fixieranschlag des eingeführten Steckers, beispielsweise eine Innenwandung einer Rastöffnung, hintergreift. Die Auslenkung des Halteelementes beim Einführen des Steckers kann dadurch begünstigt werden, dass das Halteelement eine Gleitfläche aufweist, die schräg zur Einsteckrichtung orientiert ist, auf die der Stecker beim Einführen trifft und die am Stecker so entlang gleitet, dass das Halteelement entgegen einer Federkraft ausgelenkt wird.
In einer Ausführungsform kann das Halteelement als Haltekeil ausgestaltet sein, dessen Spitze im Wesentlichen radial zur Einschubrichtung des Steckers ausgerichtet ist, wobei die eine Keilfläche eine komponentenweise in Einsteckrichtung gerichtete Rampe und die andere Keilfläche eine komponentenweise entgegen die Einsteckrichtung gerichtete Rampe bildet. Bei Ausübung eines entsprechenden Kraftaufwandes beim Einstecken bzw. Herausziehen des Steckers in bzw. aus dem Ladedosengehäuse, gleitet die entsprechende Keilfläche am Steckergehäuse entlang und ein elastischer Bereich der Haltevorrichtung wird entgegen seiner Federkraft ausgelenkt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Ladedose kann eine Stecksicherung vorgesehen sein, die aus einer Freigabestellung, in der die Stecksicherung ein Lösen des Steckers von der Haltevorrichtung begünstigt, in eine Sicherungsstellung, in der die Stecksicherung ein Lösen des Steckers von der Haltevorrichtung behindert, überführbar ausgestaltet ist. Wenn sich die Stecksicherung in der Freigabestellung befindet, wird ein Einschieben des Steckers und ein Herausziehen des Steckers in das Dosengehäuse erleichtert und kann besonders kraftarm durchgeführt werden. Sobald die Stecksicherung aus der Freigabe- in die Sicherungsstellung überführt worden ist, blockiert sie die Haltevorrichtung, wodurch ein Lösen des Steckers erschwert wird und der Stecker somit in seiner Endposition in der Ladedose verriegelt wird. Vorzugsweise ist die Überführung der Stecksicherung aus der Freigabe- in die Sicherungsstellung an die Überführung der Kontaktanordnung aus der Warte- in die Ladestellung gekoppelt. Somit kann erreicht werden, dass die Stecksicherung sich stets in der Freigabeposition befindet, wenn die Kontaktanordnung in der Wartestellung ist, so dass und ein Einführen und Lösen des Steckers von der Ladedose erleichtert wird. Sobald die Kontaktanordnung aus der Wartestellung herausgefahren wird, kann durch die Kopplung gleichzeitig die Stecksicherung in die Sicherungsstellung überführt werden, wodurch ein dann auch unerwünschtes Lösen des Steckers aus der Ladedose verhindert wird.
Die Kopplung der Bewegung der Stecksicherung an die Verstellung der Kontaktanordnung kann, gemäß einer weiteren Ausführungsform, dadurch erreicht werden, dass der Antrieb und/oder die Kontaktanordnung einen Mitnehmer zur Überführung der Stecksicherung aus der Freigabestellung in die Sicherungsstellung und/oder aus der Sicherungsstellung in die Freigabestellung aufweist. Der Mitnehmer kann beispielsweise als ein Vorsprung ausgestaltet sein, der an einem Getriebeelement des Antriebs oder an der Kontaktanordnung angeordnet oder ausgebildet ist.
Im Folgenden ist die Erfindung beispielhaft anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert. Die unterschiedlichen Merkmale der Ausführungsformen können dabei unabhängig voneinander kombiniert werden, wie es bei den einzelnen vorteilhaften Ausgestaltungen bereits dargelegt wurde.
Es zeigen:
1A–1C: eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verbinden einer mehrpoligen Steckverbindung;
2: eine schematische perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Ladedose gemäß einer ersten Ausführungsform von schräg hinten;
3: die erfindungsgemäße Ladedose der 2 in einer Vorderansicht;
4: die erfindungsgemäße Ladedose der 2 in einer Seitenansicht;
5: die erfindungsgemäße Ladedose der 2 in einer Rückansicht;
6A–6C: die erfindungsgemäße Ladedose der 2 schematisch im Längsschnitt dargestellt, wobei in der Fotostrecke die Ladedose in der Wartestellung (6A), die Ladedose in der Wartestellung mit in die Ladedose gestecktem Stecker (6B) und die Ladedose mit in die Ladedose gestecktem Stecker in der Ladeposition (6C) darstellt sind;
7: das Dosengehäuse der erfindungsgemäßen Ladedose der 2 in ihrer Ladestellung in einer perspektivischen Ansicht von schräg hinten, wobei ein Abschnitt geschnitten dargestellt ist;
8: die Ladedose der 7 in einer Seitenansicht;
9: die erfindungsgemäße Ladedose der 7 in einer perspektivischen Ansicht schräg von vorne, im Längsschnitt;
10: das Dosengehäuse der der Ladedose aus 2 in einer perspektivischen Ansicht von schräg hinten;
11: eine perspektivische Darstellung des Kontaktgehäuses der Ladedose der ersten Ausführungsform;
12; eine Haltevorrichtung der Ladedose gemäß der ersten Ausführungsform in einer Seitenansicht;
13: eine perspektivische Darstellung einer Stecksicherung der Ladedose der ersten Ausführungsform zusammen mit dem Startschalter der Schaltvorrichtung;
14: ein Getriebeteil der Ladedose der ersten Ausführungsform perspektivisch dargestellt zusammen mit dem Stoppschalter der Schaltvorrichtung;
15: eine perspektivische Darstellung, in der die Stecksicherung nebst Startschalter aus 13 und das Getriebeelement nebst Stoppschalter aus 14 in der Ladeposition gezeigt sind;
16: die Stecksicherung der 13 und das Getriebeelement der 14, jeweils ohne den entsprechenden Schalter, in einer schematischen Seitenansicht in der Warteposition;
17: die Stecksicherung der 13 und das Getriebeelement der 14, jeweils ohne den entsprechenden Schalter, in einer schematischen Seitenansicht in der Ladeposition;
18: eine perspektivische Seitenansicht einer Ladedose gemäß einer zweiten Ausführungsform;
19: die Ladedose der 18 im Längsschnitt; und
20: eine Rückansicht der Ladedose der 18.
Im Folgenden werden das Prinzip der erfindungsgemäßen Ladedose sowie das erfindungsgemäße Verfahren zum Verbinden einer Steckverbindung unter Verweis auf die Abbildungsstrecke der 1A bis 1C näher erläutert.
In 1A sind eine erfindungsgemäße Ladedose 1 sowie ein Stecker 2, die zusammen eine mehrpolige Steckverbindung 3, die hohe Steckkräfte zum Zusammenstecken erfordert, ausbilden, schematisch in einer längs geschnittenen Seitenansicht gezeigt. Der Stecker 2 kann beispielsweise ein Standardstecker sein, in dem mehrerer Steckerkontakte 5 angeordnet sind. Der Stecker wird mit seinem Steckgesicht 6 voran entlang der Einschubrichtung E in die Ladedose 1 gesteckt.
Die Ladedose 1 umfasst ein Dosengehäuse 7, das an seiner Vorderseite 16, die entgegen der Einsteckrichtung E weist, eine Einstecköffnung 8 aufweist. Die Ladedose 1 umfasst ferner eine Kontaktanordnung 12 mit einem Kontaktgehäuse 13, in dem die Dosenkontakte 14 angeordnet sind. Die Kontaktanordnung 12 ist an der Rückseite 15 des Ladedosengehäuses 7, welche der Einstecköffnung 8 gegenüberliegt, angeordnet und kann entgegen der Einschubrichtung E aus ihrer Wartestellung, die in den 1A und 1B gezeigt ist, in eine Ladestellung, die in 1C gezeigt ist, überführt werden.
Auf herkömmliche Weise wird der Stecker 3 mit seinem Steckgesicht 6 voran in die Einstecköffnung 8 des Gehäuses 7 der Ladedose 1 eingeführt. Der Stecker 2 wird in seine Endsteckstellung, die in 1B und 1C gezeigt ist, in das Gehäuse 7 der Ladedose eingebracht. In dieser Position, die in 1B dargestellt ist, tauchen Kontaktgehäuse 13 und Steckergehäuse 4, insbesondere dessen Steckgesicht 6, bereits mechanisch ineinander ein, wodurch der Stecker in seine vorbestimmte Endstellung geführt und in dieser positioniert wird.
Um ein Herausfallen des Steckers 2 aus der Ladedose 1 zu unterbinden, ist eine Haltevorrichtung 9 am Mantel des Dosengehäuses 7 angeordnet. Die Haltevorrichtung 9 der Ausführungsform, die schematische in den 1A bis 1C gezeigt ist, umfasst ein Verriegelungselement 10, das mit dem in seine Endposition gesteckten Stecker 2 in Eingriff gebracht werden kann. Das Steckergehäuse 4 weist eine Verriegelungsöffnung 11 auf, die in der Endsteckposition mit dem Verriegelungselement 10 in radialer Richtung fluchtet. In dieser Stellung kann das Verriegelungselement 10 in radialer Richtung, also quer zur Achse der Hochstromsteckverbindung, die der Einschubrichtung E entspricht, in das Innere des Dosengehäuses 7 hinein verschoben und somit in der Verriegelungsöffnung des Steckergehäuses 4 platziert werden. Dadurch ist ein Entnehmen des Steckers 2 entgegen der Einschubrichtung E durch das in der Verriegelungsöffnung 11 platzierte Verriegelungselement 10 ausgeschlossen.
Beim Einstecken des Steckers 2 in die Ladedose 1 findet noch keine elektrische Kontaktierung des Steckers 2 mit der Ladedose 1 statt, da sich die Ladedose noch in ihrer Wartestellung befindet, die in den 1A und 1B gezeigt ist.
In der Wartestellung ist das Gehäuse 13 der Kontaktanordnung 12 so weit aus dem Dosengehäuse herausgefahren, dass die Dosenkontakte 14 von den Steckerkontakten 5 des in seiner Endposition in die Ladedose 1 gesteckten Steckers 2 beabstandet sind. Erst wenn die Kontaktanordnung 12 relativ zum Dosengehäuse 7 entgegen der Einschubrichtung E verschoben wird, wie aus dem Übergang der 1B zu der 1C zu erkennen ist, wird die Kontaktanordnung 12 vollständig in das Steckgesicht 6 des Steckers 2 gefahren, wobei die Ladedose 1 in die Ladestellung überführt wird, in der die Dosenkontakte 14 mit dem Steckerkontakten 5 des in die Ladedose 1 gesteckten Steckers 2 elektrisch verbunden sind und die Hochstromsteckverbindung 3 gesteckt ist.
Bei dem Verfahren zum Verbinden einer Steckverbindung 3 findet somit zunächst ein Einführen der Steckerkontakte 5 des Steckers 2 in das Dosengehäuse 7 der Ladedose 1 statt, indem der Stecker 2 vollständig in dem Gehäuse 7 der Ladedose 1 in seiner Endstellung platziert wird. Erst in einem nächsten Schritt werden die Steckerkontakte 5 mit den Dosenkontakten 14 verbunden, indem die Kontaktanordnung 12 der erfindungsgemäßen Ladedose 1 aus ihrer Wartestellung, in der selbst beim sich in der Endstellung im Dosengehäuse 7 platzierten Stecker 2 noch keine elektrische Verbindung zwischen Dosenkontakten 14 und Steckerkontakten 5 stattfindet, in die Ladestellung überführt wird.
Auf diese Weise kann der Stecker 2 kraftarm in der Ladedose 1 platziert werden, da beim Einsteckvorgang noch keine elektrische Kontaktierung der Dosenkontakte 14 mit den Steckerkontakten 5 und die beim elektrischen Kontaktieren auftretenden hohen Zieh- bzw. Steckkräfte erzeugt werden. Erst nachdem der Stecker 2 kraftarm in der Ladedose 1 platziert wurde und durch Betätigen der Haltevorrichtung 9 gegen Herausfallen gesichert ist, findet die elektrische Kontaktierung durch Überführung der Kontaktanordnung 12 der erfindungsgemäßen Ladedose 1 aus der Wartestellung in die Ladestellung statt. Dieses stellt ein bedienerfreundliches Konzept dar und vermeidet eine Verletzungsgefahr, da die hohen Fügekräfte zum Verbinden der Kontakte 5, 14 von Stecker 2 und Ladedose 1 nicht vom Bediener aufgebracht werden.
Im Folgenden wird eine Ladedose 1 gemäß einer ersten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 2 bis 17 näher erläutert.
In den 2 bis 5 ist eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ladedose 1 gezeigt, wobei in 2 eine perspektivische Ansicht von schräg hinten, in 3 eine Vorderansicht, in 4 eine Seitenansicht und in 5 eine Rückansicht dargestellt ist.
Die Ladedose 1 umfasst ein Dosengehäuse 7 mit einer Einstecköffnung 8, an der entgegen der Einsteckrichtung E gerichteten Vorderseite 16. Das Dosengehäuse 7 ist in einer schematisch perspektivischen Darstellung von schräg hinten in 10 dargestellt.
Die Ladedose 1 umfasst ferner eine Kontaktanordnung 12, die als schematische perspektivische Darstellung, ebenfalls von schräg hinten, im Detail in 11 gezeigt ist.
Das Dosengehäuse 7 ist nahe der Vorderseite 16 mit einem Befestigungskragen 17 versehen, der zum Anflanschen der Ladedose 1 an seinen vier Ecken Befestigungsöffnungen 18 aufweist. Das Dosengehäuse 7 selbst ist im Wesentlichen zylindrisch geformt und dient zum Aufnahme sowohl der Kontaktanordnung 12 als auch des Steckergesichts 6 des Steckers 2.
Das Gehäuse 13 der Kontaktanordnung 12 ist ebenfalls zylindrisch aufgebaut und mit sieben Kontaktkammern 19 versehen, in denen die Dosenkontakte 14 angeordnet sind. Die Kontaktkammern 19 verlaufen im Wesentlichen parallel zur Längsachse der Kontaktanordnung 12, deren Ausrichtung im eingesetzten Zustand in der Ladedose 1 im Wesentlichen der Längsachse der Ladedose 1 und der Einschubrichtung E entspricht.
Die Kontaktanordnung 12 weist an ihrem im eingesetzten Zustand in Einsteckrichtung E weisenden Ende ein Außengewinde 20 auf, das ein Stellorgan 21 ausbildet, über welches die Kontaktanordnung 12 antreibbar ist und über welches die Kraft zum Überführen der Kontaktanordnung 12 aus der Wartestellung in die Ladestellung relativ zum Dosengehäuse 7 eingebracht werden kann. Beim Überführen der Kontaktanordnung 12 aus der Warte- in die Ladestellung und zurück wird das Gehäuse 13 der Kontaktanordnung 12 axial entgegen und in Einschubrichtung E relativ zum Dosengehäuse 7 verschoben. Diese relative Verschiebebewegung erfolgt ohne Rotation der Kontaktanordnung 12, was nachfolgend noch näher erläutert werden wird.
Um die Bewegung der Kontaktanordnung 12 in und entgegen der Einschubrichtung E zu leiten, ist die Kontaktanordnung 12 in einer Führung 22 gelagert. Die Führung 22 ist eine Linearführung und umfasst zwei sich aus der Dosenrückseite 15, die in Einsteckrichtung E weist, erhebende Führungsschienen 24 sowie damit korrespondierende Leitöffnungen 25 der Kontaktanordnung 12. Die Führungsschienen 24 sind sich bezüglich der Achsmitte radial gegenüberliegend angeordnet und haben einen T-förmigen Querschnitt, dessen schmale Basis zur Mittelachse M der Ladedose 1 weist. Die Leitöffnungen 25 sind korrespondierend in dem Kontaktgehäuse 13 ausgeformt.
Die in den Abbildungen gezeigte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ladedose 1 ist mit einem Antrieb 26 ausgestattet, der einen Elektromotor 27 mit einer Antriebswelle 28 umfasst. Auf der Antriebswelle 28 ist ein Antriebsritzel 29 dreh- und ortsfest montiert. Das Ritzel 29 treibt ein Getriebezahnrad 30 an, das auf der Außenseite einer Kupplungshülse 31 ausgeformt ist. Die Kupplungshülse 31 umschließt das Dosengehäuse 7 in radialer Richtung an der Dosenrückseite 15 und ist dort ortsfest, aber drehbar an der Ladedose 7 gelagert. Das Kupplungselement 31 mit dem Zahnrad 30 ist im Detail in 14 gezeigt. Zur Lagerung weist die Kupplungshülse 31 an ihrer im montierten Zustand entgegen der Einsteckrichtung E weisenden Seite sich radial nach innen erstreckende Vorsprünge bzw. eine zur Achsmitte M hin offene Umlaufnut 33 auf. In die Umlaufnut 33 wird ein Lagerkragen 32 der Dose 7 eingesetzt, um die ortsfeste aber drehbare Lagerung zu gewährleisten.
Das Zahnrad 30 ist an der äußeren Mantelfläche nahe der in Einsteckrichtung E weisenden Seite der Kupplungshülse ausgeformt und zeigt radial von der Achsmitte M weg nach außen. An der inneren Umlauffläche 34 der Kupplungshülse sind drei, um 120° versetzte Antriebs- oder Verstellnocken 35 ausgeformt, die im montierten Zustand in das Außengewinde 20 der Kontaktanordnung 12 eingreifen und, wenn sich der Motor dreht, diese Verstellkraft auf das Außengewinde 20 als Stellglied 21 der Kontaktanordnung 12 übertragen, was zu einer Verschiebung der Kontaktanordnung 12 in oder entgegen der Einsteckrichtung E relativ zum Dosengehäuse 7 führt.
Wird die Kontaktanordnung 12 entgegen der Einsteckrichtung E verfahren, wird die Kontaktanordnung 12 aus der Wartestellung in die Kontaktstellung gebracht. Wird die Antriebsrichtung des Elektromotors 27 umgekehrt, wird die Kontaktanordnung 12 in Einsteckrichtung E aus dem Dosengehäuse 7 heraus in die Wartestellung gefahren. Das am entgegen der Einsteckrichtung E liegende Ende 36 des Gewindes 20 begrenzt die Verstellbarkeit der Kontaktanordnung in Einschubrichtung E. Sind die Antriebsnocken 35 an diesen Ende 36 angeordnet, befindet sich die Kontaktanordnung in der Wartestellung.
Zum automatischen Überführen der Kontaktanordnung 12 ist die Ladedose 1 in der gezeigten Ausführungsform mit einer Schalteranordnung 37 ausgestattet, die einen Startschalter 38 und einen Stoppschalter 39 aufweist. Der Startschalter 38 und der Stoppschalter 39 sind jeweils mit einem Betätigungsarm 40 versehen, bei dessen Betätigung der Motor 27 entweder gestartet oder angehalten wird. Auf die Betätigung des Start- 38 und Stoppschalters 39 der Schaltvorrichtung 37 wird nachfolgenden noch näher eingegangen.
Das Dosengehäuse 7 ist, wie in 10 zu erkennen ist, mit einem sich aus der äußeren Mantelfläche radial erhebenden Montagehülse 41 für den Elektromotor 27 versehen. Die Montagehülse umschließt ein Montageraum 42, in den ein Teil des Motors 27 eingesetzt und über stirnseitige Öffnungen 43 verschraubt werden kann. Auf diese Weise kann der Motor 27 des Antriebs 26 kompakt am radialen Umfang des Gehäuses 7 der Ladedose 1 montiert werden.
Neben dem Montageraum 42 für den Elektromotor 27 weist die Montagehülse 41 auch noch zwei Sitze 44, 45 für die beiden Schalter 38, 39 der Schaltvorrichtung 37 auf.
Der eine Sitz 44 des Stoppschalters 39 ist mit Fixierstäben 46, die sich aus dem Sitz erheben, versehen, auf welche der Stoppschalter 39 aufgesteckt werden kann. Um den Stoppschalter 39 auf dem Sitz 44 zu halten und gegen ein Abziehen von den Fixierstäben 46 zu sichern, sind an sich gegenüberliegenden Enden des Sitzes 44 zwei Rasthaken 47 ausgeformt. Grundsätzlich wird der Stoppschalter über die Fixierstäbe 46 geschoben und auf seinen Sitz 44 aufgesteckt. Im aufgesetzten Zustand verhindern die Fixierstäbe 46 ein Verschieben des Stoppschalters radial zu den Fixierstäben 46. Die sich aus dem Sitz 44 erhebenden Rasthaken 47 unterbinden ein Abnehmen des Stoppschalters vom Sitz 44, so dass der Stoppschalter 39 auf einfache Weise am Dosengehäuse 7 fixiert werden kann.
Eine alternative Art der Anbringung eines Schalters ist beim zweiten Sitz 45 für den Startschalter 38 gezeigt. Dieser Sitz 45 ist mit zwei Befestigungsöffnung 48 versehen, über welche der Startschalter 38 mit dem Sitz 45 verschraubt werden kann. Die Verschraubung mittels Befestigungsschrauben 49 ist beispielsweise in den 4 und 5 zu erkennen.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 6A bis 6C die Verwendung der in den 2 bis 5 gezeigten Ladedose 1 näher erläutert.
Dabei entspricht die Schnittdarstellung der 6A der schematischen Darstellung 1A, in der die Ladedose 1 in einem Längsschnitt in ihrer Wartestellung gezeigt ist. Die 6B entspricht der schematischen 1B, in der der Stecker in die Ladedose 1 vollständig eingesteckt und in seiner Endposition angeordnet ist, sich die Ladedose 1 aber noch in der Wartestellung befindet, so dass die Steckerkontakte 5 noch nicht mit den Dosenkontakten 14 verbunden sind. In 6C ist der Zustand entsprechend der 1C gezeigt, in der Stecker 2 und Ladedose 1 der Hochstromsteckverbindung 3 vollständig zusammengesteckt sind und die Kontaktanordnung 12 der Ladedose 1 in die Ladestellung entgegen der Einschubrichtung E relativ zum Dosengehäuse 7 nach vorne gefahren ist, so dass die Steckerkontakte 5 und die Dosenkontakte 14 elektrisch leitend miteinander verbunden sind.
In den 6A bis C, aber auch in 4 ist die Haltevorrichtung 9 der gezeigten Ausführungsform zu sehen, welche den Stecker 2 in der Endsteckstellung (siehe 6B und 6C) im Dosengehäuse 7 fixiert. Analog der schematischen Zeichnung der 1 ist das Steckergehäuse 4 mit einer Verriegelungsöffnung 11 versehen, in die das Halteelement 10’ der gezeigten Ausführungsform eingreift.
Die gezeigte Ladedose 1 ist mit zwei Haltevorrichtungen 9 ausgestattet, die an sich radial bezüglich der Mittelachse M gegenüberliegenden Bereichen des Dosengehäuses 7 angeordnet und in dafür vorgesehenen Haltesitzen 50 untergebracht sind. Die Haltesitze 50 sind an der äußeren Wandung des Dosengehäuses 7 angeordnet und erheben sich radial aus dessen Außenfläche, wobei die Haltesitze 50 im Wesentlichen fluchtend mit den beiden Führungsschienen 24 verlaufen. Die Haltesitze 50 umfassen zwei seitliche Wände 51. Zwischen diesen Wänden ist eine Durchgangsöffnung 23 ausgeformt, durch welche der Innenraum des Dosengehäuses 7 von außen zugänglich ist und durch welche sich die Haltevorrichtung 9, die an der Außenseite des Dosengehäuses 7 liegt, bis in den Innenraum des Dosengehäuses 7 hinein erstreckt.
Der Aufbau der Haltevorrichtung der Ladedose gemäß der in den 2 bis 6 gezeigten Ausführungsform wird nun unter Bezugsnahme auf die 12 näher erläutert.
Die Haltevorrichtung 9 wird von einer blattfederartigen Halteklammer gebildet. Die Halteklammer weist an ihrem entgegen der Einschubrichtung E weisenden Ende eine erste Auflagefläche 52 auf, die im montierten Zustand auf dem Haltesitz 50 zwischen den beiden Seitenwänden 51 aufliegt. In Einschubrichtung E schließt sich an die Auflagefläche 52 das eigentliche Halteelement 10’ an. Dieses Halteelement 10’ steht in radialer Richtung von der Auflagefläche 52 ab und umfasst an seiner Spitze einen Rastkeil, der sich bezüglich der Auflagefläche 52 radial auf die Mittelachse der Ladedose 1 zu erstreckt. Der Rastkeil umfasst eine in radialer Richtung auf die Achsmitte M weisende Keilspitze 53, die die Verbindung zweier Gleitflächen 54, 55 bildet. Die erste Gleitfläche 54 ist schräg zur Einschubrichtung E so ausgerichtet, dass das Steckergehäuse 4 bei Einsetzen in das Dosengehäuse 1 auf diese Gleitfläche 54 trifft, die im eingesetzten Zustand im Dosengehäuse 7 angeordnet ist, wie in 6A zu erkennen ist. Die Gleitfläche 54 bewegt sich beim Einführen des Steckers 2 entlang des Steckergehäuses 4, wobei das Halteelement 10’ radial nach außen, von der Zentralachse M der Ladedose 7 weg ausgelenkt wird. Der Rastkeil gleitet so lange am Außenmantel des Steckergehäuses 4 entlang, bis die Keilspitze 53 auf die Verriegelungsöffnung 11 trifft und das Halteelement 10’ wieder in seine Ruheposition zurück bewegt wird. Die Verriegelungsöffnung 11 bildet somit einen Fixieranschlag 56, an welchem das Halteelement 10’ mit seiner Gleitfläche 55 in der Endsteckstellung anliegt, wobei die Keilspitze 53 in die Verriegelungsöffnung 11 eintaucht und somit die Haltevorrichtung 10’ den Fixieranschlag 56 hintergreift. Dadurch wird ein Herausfallen des Steckers 2 aus dem Dosengehäuse 7 vermieden. Das Lösen des Steckers 2 aus dem Dosengehäuse erfolgt ebenfalls kraftarm. Dabei gleitet die zweite Gleitfläche 55, in analoger Weise zur Gleitfläche 54, am Steckergehäuse 4 entlang.
An das Halteelement 10’ schließt sich eine weitere Auflagefläche 52a in Einsteckrichtung E an, die mit einem Druckkissen 57 versehen ist. Das Druckkissen 57 erhebt sich in radialer Richtung von der Zentralachse M der Ladedose 1 weg nach außen aus der Auflagefläche 52a. Auf die Funktion dieses Druckkissens 57 wird nachfolgend noch näher eingegangen werden.
Die Haltevorrichtung schließt an ihrem in Einsteckrichtung E weisenden Ende mit einem Lagerbügel bzw. einer Lagertasche 58, der/die hakenförmig ausgestalten ist und lediglich in Einsteckrichtung zugänglich ist. Wie in der 6 zu erkennen ist, umgreift diese Lagertasche 58 einen entsprechenden Lagersteg 59 des Haltesitzes 50 und verhindert somit ein Abnehmen der Haltevorrichtung 9 in radialer Richtung nach außen weg. Ist die Lagertasche 58 auf den Lagersteg 59 gestülpt, bilden diese beiden Elemente 58, 59 ein Drehlager, um das die Haltevorrichtung durch elastische Verformung geschwenkt werden kann.
Die gezeigte Ladedose 1 ist mit einer Stecksicherung 60 versehen, die schematisch in 13 gezeigt ist. Die Stecksicherung 60 ist ringförmig ausgebildet und umschließt das Dosengehäuse 7 an dessen Außenseite. Die Stecksicherung 60 ist in Einsteckrichtung E unmittelbar vor der Kupplungshülse 31 angeordnet und überdeckt dabei im Wesentlichen den Bereich der Ladedose 1, in dem sich der Lagersteg 59 und die Auflagefläche 52a mit dem Druckkissen 57 befinden.
Die Stecksicherung 60 kann aus einer Freigabestellung, die in 4, 6A und 6B gezeigt ist, in eine Sicherungsstellung überführt werden, die in 6C und in 8 dargestellt ist.
Die ringförmige Stecksicherung 60 weist an radial sich gegenüberliegenden Bereichen Freigabeöffnungen 61 auf, die in der Freigabestellung mit der Haltevorrichtung 9 fluchten und ein Kippen/Schwenken der Haltevorrichtung 9 um das von Lagerbügel 58 und Lagersteg 59 gebildete Schwenklager herum in radialer Richtung nach außen von der Zentralachse M der Ladedose 1 weg ermöglichen. In der Freigabestellung lässt sich die Haltevorrichtung 9 somit gut verformen und von dem Steckergehäuse 4 mit ihrem keilförmigen Halteelement 10’ aus dem Innenraum des Dosengehäuses 7 herausdrücken, was ein Einführen des Steckers 2 bzw. ein Herausziehen des Steckers 2 aus dem Dosengehäuse 7 begünstigt und möglichst kraftarm ermöglicht wird.
In der Sicherungsstellung liegt der Sicherungsabsatz 62, der sich unmittelbar an die Freigabeöffnung 61 anschließt, im Bereich der Haltevorrichtung 9 und überdeckt dabei von außen die Auflagefläche 52a so, dass das Druckkissen 57 an der Innenseite der Sicherungsfläche 62 anliegt. Diese Stellung ist beispielsweise in 6C zu erkennen. In der Sicherungsstellung wird somit ein Lösen des Steckers von der Haltevorrichtung 9 dadurch behindert, dass die Sicherungsfläche 62 auf das Druckkissen 57 drückt und eine Verformung der Haltevorrichtung 9 erschwert, da ein Auslenken des Halteelementes 10’ aus dem Gehäuse 7 der Ladedose 1 gehemmt wird.
Die Stecksicherung 60 ist ebenfalls ortsfest und bedingt drehbar auf dem Dosengehäuse 7 gelagert, wobei die Stecksicherung lediglich um den Drehbereich d, der in etwa 10° entspricht, um das Dosengehäuse 7 rotierbar ist. Dieser Drehbereich d entspricht im Wesentlichen dem Bereich der Freigabeöffnung 61 und der Sicherungsfläche 62, so dass die Stecksicherung im Wesentlichen nur zwischen den zwei Positionen, Freigabestellung, in der Freigabeöffnung mit der Haltevorrichtung 9 fluchtet, und Sicherungsstellung, in der die Sicherungsfläche 62 mit Haltevorrichtung 9 fluchtet, rotiert. Hierzu sind an der Innenseite der ringförmigen Stecksicherung sich radial nach innen weisende Begrenzungsanschläge 63a, 63b gebildet, zwischen denen die Seitenwände 51 der Haltesitze 50 liegen und welche die Rotation der Stecksicherung 60 auf dem Dosengehäuse 7 begrenzen.
Die Rotation der Stecksicherung 60 ist an die Drehbewegung der Kupplungshülse 31 gekoppelt, wozu die Kupplungshülse 31 mit einem Mitnehmer 64 ausgestattet ist. Der Mitnehmer 64 ist eine Nase, die sich in axialer Richtung entgegen der Einsteckrichtung E von der montierten Kupplungshülse in Richtung montierter Stecksicherung 60 erhebt. Die Stecksicherung 60 ist ihrerseits mit einem Mitnehmer 65 versehen, der sich als Wölbung/Halbkreis axial in Einsteckrichtung E aus dem Rand der ringförmigen Stecksicherung erhebt. Bei einer Rotation der Kupplungshülse 31 trifft deren Mitnehmer 64 auf den Mitnehmer 65 der Stecksicherung 60 und überträgt ihre Rotationsbewegung auf die Stecksicherung 60, die dadurch mitbewegt wird. Der Mitnehmer 65 der Stecksicherung 60 ist am Ende eines elastischen Armes 66 angeordnet, der axial entgegen der Einsteckrichtung E ausgelenkt werden kann, so dass der Mitnehmer 65 aus seinem Eingriff mit dem Mitnehmer 64 der Kupplungshülse 31 ausgelenkt und gelöst werden kann, wenn die Stecksicherung 60 aus der Freigabe- in die Sicherungsstellung bewegt wird. Auf diese Weise ist die Überführung der Stecksicherung 60 aus der Freigabeposition, in der sie sich befindet, wenn die Kontaktanordnung 12 in Warteposition ist, an die Bewegung des Antriebs 26 gekoppelt. Beim Verfahren der Kontaktanordnung 12 aus der Warteposition in die Ladeposition wird somit gleichzeitig die Stecksicherung 60 aus der Freigabe- in die Sicherungsstellung überführt. Nachdem die Stecksicherung 60 in die Sicherungsstellung überführt worden ist und der Begrenzungsanschlag 63a gegen die Seitenwand 51 des Haltesitzes 50 stößt, endet die Rotation der Stecksicherung 60. Der Arm 66 mit dem Mitnehmer 65 der Stecksicherung 60 wird dann axial ausgelenkt, der Mitnehmer 64 an der Kupplungshülse 31 wird freigegeben und gleitet an der Stecksicherung 60 entlang, ohne mehr mit dieser gekoppelt zu sein. Auf diese Weise kann die größere Rotationsbewegung der Kupplungshülse, die beim Verfahren der Kontaktanordnung 12 aus der Wartestellung in die Ladestellung fast eine komplette Umdrehung vollführt, gleichzeitig die lediglich in etwa 10° erforderliche Drehbewegung der Stecksicherung 60 antreiben.
In 16 ist schematisch dargestellt, wie Kupplungshülse 31 und Stecksicherung 60 in der Wartestellung der Ladedose 1 zueinander positioniert sind. In dieser Stellung liegt der Mitnehmer 64 der Kupplungshülse 31 in Drehrichtung D, in welcher die Kupplungshülse 31 beim Verfahren der Kontaktanordnung aus der Wartestellung in die Ladestellung gedreht wird, unmittelbar vor dem Mitnehmer 65 der Stecksicherung 60 angeordnet. Dadurch wird gleich zu Beginn der Verschiebung der Kontaktanordnung 12 aus der Wartestellung heraus die Stecksicherung 60 aus ihrer Freigabestellung in die Sicherungsstellung überführt, da der Mitnehmer 64 sofort auf den Mitnehmer 65 trifft und die Kupplungshülse 31 die Stecksicherung 60 mitnimmt. Nachdem sich die Kupplungshülse 31 um etwa 10° gedreht hat, wird die weitere Rotation der Stecksicherung 60 durch den Anschlag 63b blockiert, der elastische Arm 66 der Stecksicherung 60 wird axial entgegen der Einsteckrichtung E ausgelenkt und der Eingriff der Mitnehmer 64, 65 gelöst, so dass anschließend nur noch die Einsteckhülse 31 die Rotation in Drehrichtung D fortsetzt.
Die Rotation der Einsteckhülse 31 ist abgeschlossen, sobald die Kontaktanordnung die Ladestellung erreicht hat. Diese Stellung ist in 17 gezeigt, wo zu erkennen ist, dass die Kupplungshülse 31 fast eine komplette Umdrehung vollzieht, um die Kontaktanordnung 12 aus der Wartestellung in die Ladestellung zu überführen.
Die Kontaktanordnung 12 der gezeigten Ladedose 1 ist nicht nur durch den Antrieb 26 motorisch antreibbar. Die Schaltanordnung 37 ermöglicht vielmehr auch ein automatisches Antreiben der Kontaktanordnung 12, was nachfolgend näher erläutert wird.
Der Betätigungsarm 40 des Startschalters 38 ragt bis in den Innenraum des Dosengehäuses 7 hinein und endet da, wo das in Einschubrichtung E weisende Ende des Steckergehäuses 4 in der Endsteckposition zum Liegen kommt. Dies ist in 9 zu erkennen. Damit der Betätigungsarm 40 des Startschalters 38 bis in den Innenraum des Dosengehäuses 7 hineinragen kann, weist die Stecksicherung 60 eine Tasche 74 an ihrem entgegen Einsteckrichtung E weisenden Rand auf. Die Tasche 74 bildet eine Ausnehmung und erstreckt sich im Wesentlichen in Umfangsrichtung über den Drehbereich d, so dass die Tasche 76 nicht nur Platz für den Betätigungsarm 40 des Startschalters 38 macht, sondern diesem gleichzeitig als Sitz bzw. Lager dient.
Wird der Stecker 2 in die Endsteckposition, die in 6B gezeigt ist, gebracht, drückt die in Einsteckrichtung E weisende Spitze des Steckergehäuses 4 auf den Betätigungsarm 40 und betätigt somit den Startschalter, der den Motor 27 des Antriebs 26 in Gang setzt und Kontaktanordnung 12 aus der Wartestellung in die Ladestellung bewegt.
Aber nicht nur der Start der Überführung der Kontaktanordnung 12 aus der Wartestellung in die Ladestellung ist bei der gezeigten Ausführungsform der Ladedose 1 geregelt. Auch das Stoppen des Motors wird automatisch bewerkstelligt, sobald die Ladestellung erreicht ist. Dazu ist die Kupplungshülse 31 mit einer sich radial aus ihrer Außenseite erhebenden Stopprippe 75 versehen. Sobald die Ladeposition erreicht ist, stößt die Stopprippe 75 gegen den Betätigungsarm 40 des Stoppschalters 39, der im Bereich des Außenmantels der Kupplungshülse endet, betätigt somit den Stoppschalter 39 und schaltet den Motor ab. Diese Anordnungen von Stoppschalter 39 und Kupplungshülse 31 sind in den 14 und 15 zu erkennen.
Auf diese Weise erreicht man ein automatisiertes, motorisches Überführen der Kontaktanordnung 12 aus der Wartestellung in die Ladestellung, sobald sich der Stecker 2 vollständig in seiner vorherbestimmten Endsteckposition befindet. Die Schalteranordnung 37 ermöglicht aber nicht nur ein automatisches Starten und Stoppen des Motors 27. Gleichzeitig dienen der Startschalter 38 und der Stoppschalter 39 auch als Sensoren dafür, dass die Überführung aus der Wartestellung in die Ladestellung ordnungsgemäß vollzogen wird. Sollte sich beispielsweise der Stecker 2 trotz der Haltevorrichtung 9 aus dem Gehäuse 7 der Ladedose 1 lösen, übt das Steckergehäuse 4 keinen Druck mehr auf den Betätigungsarm 40 des Startschalters 38 aus, wodurch der Motor angehalten wird. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die Kontaktanordnung 12 nur dann in die Ladestellung überführt wird, solange der Stecker 2 ordnungsgemäß in der Ladedose 1 gesteckt ist. Der Stoppschalter 39 wiederum kann beispielsweise über eine Zeitschaltuhr mit dem Motor 27 gekoppelt werden, wobei die Zeitschaltuhr bei Überschreiten eines bestimmten Zeitfensters, innerhalb dessen die Überführung der Kontaktanordnung 12 aus der Wartestellung in die Ladestellung vollzogen sein sollte, den Motor 27 automatisch abstellt. Auf diese Weise wird der Stellvorgang beispielsweise dann unterbrochen, wenn sich die Kontaktanordnung 12 bei der Überführung verklemmen und nicht ordnungsgemäß verfahren werden sollte. In den beiden beispielhaft skizzierten Problemfällen, unbeabsichtigte Lösen des Steckers aus der Ladedose bzw. Verkanten der Kontaktanordnung 12 bei der Überführung aus der Wartestellung in die Ladestellung, kann vorteilhafter Weise von der Schalteranordnung eine Fehlermeldung ausgegeben werden.
Sobald der Ladevorgang abgeschlossen ist, wird die Kontaktanordnung 12 der erfindungsgemäßen Ladedose 1 aus der Ladestellung zurück in die Wartestellung befördert. Dazu wird der Elektromotor in umgekehrter Richtung angetrieben und die Kupplungshülse 31 entgegen der durch die Drehrichtung D gezeigten Richtung bewegt. Kurz vor dem Ende der Überführung wird wiederum die Stecksicherung 60 aus ihrer Sicherungsstellung in die Freigabestellung bewegt, nämlich dann, wenn der Mitnehmer 64 der Kupplungshülse 31, nachdem er fast eine komplette Rotation vollzogen hat, wieder auf den Mitnehmer 65 der Stecksicherung 60 tritt, die Stecksicherung 60 mitnimmt und in die Freigabestellung bewegt, in welcher der Begrenzungsanschlag 63a an die Seitenwand 51 anschlägt, wodurch die weitere Bewegung der Stecksicherung 60 verhindert wird. Dann wird der Arm 66 vom Mitnehmer 64 ausgelenkt und der Mitnehmer 64 über den Mitnehmer 65 zurück in seine Wartestellung bewegt.
Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die Mitnahme der Stecksicherung 60 durch die Kupplungshülse 31 beim Verfahren der Kontaktanordnung 12 aus der Ladestellung in die Wartestellung erst kurz vor Erreichen der Wartestellung realisiert wird, so dass die Stecksicherung 60 möglichst lange in der Sicherungsstellung verbleibt und ein Abziehen des Steckers möglichst lange blockiert ist.
Im Folgenden wird eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ladedose 1 beschrieben, die in den 18 bis 20 dargestellt ist. Im Folgenden wird lediglich auf die Unterschiede der Ladedose 1 gemäß der zweiten Ausführungsform zu der Ladedose 1 der ersten Ausführungsform näher eingegangen. Für Teile, deren Funktion und/oder Aufbau ähnlich oder identisch zu Teilen der vorherigen Ausführungsform ist, werden die gleichen Bezugszeichen verwendet.
Die Ladedose 1 gemäß der zweiten Ausführungsform ist ebenfalls mit einem elektromotorischen Antrieb 26 versehen, der einen Motor 27 und eine Antriebswelle 28 aufweist. Der Übersichtlichkeit halber ist in den 18 bis 20 die Anbringung des Motors nicht dargestellt.
Auch bei der zweiten Ausführungsform ist der Motor 27 radial zur Kontaktanordnung 12 versetzt angeordnet.
Im Unterschied zu ersten Ausführungsform wird die Rotationsbewegung des Elektromotors 27 jedoch nicht über ein Schraubgetriebe 67a, sondern über ein Schneckengetriebe 67 in eine Translationsbewegung der Kontaktanordnung 12 in und entgegen der Einschubrichtung E übersetzt. Dazu ist auf der Antriebswelle 28 drehfest eine Antriebsschnecke 68 montiert. In das Gewinde der Antriebsschnecke 68 greift ein Kupplungszahnrad 69 ein, das im Wesentlichen parallel zur Einschubrichtung E und der Antriebswelle 28 ausgerichtet ist und von der Antriebsschnecke 68 in Bewegung gesetzt werden kann.
Das Dosengehäuse 7 der Kontaktanordnung 12 ist mit einer Zahnstange 70 als Stellorgan 21 versehen, die an der bezüglich der Antriebsschnecke 68 gegenüberliegenden Seite des Kupplungszahnrades 69 mit diesem im Eingriff steht und bei Betätigung des Motors 27 durch das Kupplungszahnrad 69 in bzw. entgegen der Einschubrichtung E relativ zum Dosengehäuse 7 verfahren wird. Bei der in den 18 bis 20 gezeigten Ausführungsform ist die Zahnstange 70 an der Außenseite des Kontaktgehäuses 13 ausgeformt, indem in diesem eine Eingriffsnut 71 gefertigt ist, an deren Boden die Zahnstange 70 ausgebildet ist.
In dem Gehäuse 7 der Dose 1 ist eine zu der Eingriffsnut 71 mit der Zahnstange 70 korrespondierende Durchgangsöffnung 72 gefertigt, durch die das Kupplungszahnrad 69 hindurchragt und wo das Kupplungszahnrad 69 über einen Stift 73 gelagert ist.
Auch wenn die Ladedose 1 der zweiten Ausführungsform nicht mit einer Schalteranordnung 37 dargestellt ist, kann selbstverständlich auch die zweite Ausführungsform mit Start- 38 und Stoppschaltern 39 versehen werden, die ein automatisches Verfahren der Kontaktanordnung 12 aus der Wartestellung in die Ladestellung ermöglichen.
Bezugszeichenliste

1: Ladedose
2: Stecker
3: Steckverbindung
4: Steckergehäuse
5: Steckerkontakte
6: Steckgesicht
7: Dosengehäuse
8: Einstecköffnung
9: Haltevorrichtung
10, 10’: Verriegelungselement/Halteelement
11: Verriegelungsöffnung
12: Kontaktanordnung
13: Kontaktgehäuse
14: Dosenkontakte
15: Rückseite des Dosengehäuses
16: Vorderseite des Dosengehäuses
17: Befestigungskragen
18: Befestigungsöffnungen des Befestigungskragens
19: Kontaktkammern
20: Außengewinde
21: Stellorgan
22: Linearführung
23: Durchgangsöffnung des Haltesitzes
24: Führungschienen
25: Gleitöffnungen
26: Antrieb
27: Motor
28: Antriebswelle
29: Ritzel
30: Zahnrad
31: Kupplungshülse
32: Lagerkragen
33: Gleitfortsätze
34: Innere Umlauffläche der Kupplungshülse
35: Verstellnocken
36: Ende des Gewindes
37: Schalteranordnung
38: Startschalter
39: Stoppschalter
40: Betätigungsarm
41: Montagehülse
42: Montageraum für Motor
43: Öffnungen im Montageraum
44: Sitz des Stoppschalters
45: Sitz des Startschalters
46: Fixierstäbe
47: Rasthaken
48: Befestigungsöffnung am Sitz des Startschalters
49: Befestigungsschrauben
50: Haltesitze für Haltevorrichtung
51: Seitenwände der Haltesitze
52, 52a: Auflagefläche
53: Keilspitze des Halteelementes
54: Erste Gleitfläche
55: Zweite Gleitfläche
56: Fixieranschlag
57: Druckkissen
58: Lagerbügel/Lagertasche
59: Lagersteg
60: Stecksicherung
61: Freigabeöffnung
62: Sicherungsfläche
63a, 63b: Begrenzungsanschläge
64: Mitnehmer der Kupplungshülse
65: Mitnehmer der Stecksicherung
66: Auslenkbarer Arm
67: Schneckengetriebe
67a: Schraubgetriebe
68: Antriebsschnecke
69: Kupplungszahnrad
70: Zahnstange
71: Eingriffsnut
72: Durchgangsöffnung
73: Stift
74: Tasche der Steckrichtung
75: Stopprippe
E: Einschubrichtung
D: Drehrichtung (Warte- in Ladestellung)
r_M: Radiale Richtung auf Zentralachse der Ladedose zu
d: Drehbereich der Stecksicherung
M: Mittelachse

Claims

Ladedose (1) für eine Steckverbindung (3), insbesondere für eine steckkraftintensive Steckverbindung zur Aufladung eines Elektrofahrzeuges, mit einem Dosengehäuse (7), das eine Einstecköffnung (8) zum Einführen der Steckerkontakte (5) eines Steckers (2) entlang einer Einschubrichtung (E) in das Dosengehäuse (7) aufweist, und mit einer Kontaktanordnung (12), welche die Dosenkontakte (14) der Ladedose (1) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktanordnung (12) aus einer Wartestellung, in der die Dosenkontakte (14) von den Steckerkontakten (5) eines in die Ladedose (1) gesteckten Steckers (2) beanstandet sind, in eine Ladestellung, in der die Dosenkontakte (14) mit den Steckerkontakten (5) des in die Ladedose (1) gesteckten Steckers (2) verbunden sind, überführbar ausgestaltet ist.
Ladedose (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktanordnung (12) relative zum Dosengehäuse (7) bewegbar gelagert ist.
Ladedose (1) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktanordnung (12) ein bewegbares Kontaktgehäuse (13) umfasst, in dem die Dosenkontakte (14) angeordnet sind.
Ladedose (1) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktgehäuse (13) in der Wartestellung zumindest abschnittsweise in den in die Ladedose (1) gesteckten Stecker (2) eintaucht.
Ladedose (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Führung (22), welche die Translation der Kontaktanordnung (12) in und entgegen der Einschubrichtung (E) leitet.
Ladedose (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen Antrieb (26) zum Überführen der Kontaktanordnung (12) aus der Wartestellung in die Ladestellung.
Ladedose (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an der Kontaktanordnung (12) ein antreibbares Stellorgan (21) angeordnet ist.
Ladedose (1) gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellorgan (21) eine Zahnstange (70) und/oder ein Gewinde (20) aufweist.
Ladedose (1) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, gekennzeichnet durch eine Schalteranordnung (37) zur Betätigung des Antriebs (26).
Ladedose (1) gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteranordnung (37) wenigstens einen Startschalter (38), dessen Betätigung den Antrieb (26) in Gang setzt, und wenigstens einen Stoppschalter (39), dessen Betätigung den Antrieb (26) anhält, umfasst.
Ladedose (1) gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass a) der Startschalter (38) vom Stecker (2) betätigbar angeordnet ist; und/oder b) der Stoppschalter (39) vom Antrieb (26) und/oder der Kontaktanordnung (12) betätigbar angeordnet ist Ladedose (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch eine Haltevorrichtung (9) zum Fixieren des Steckers (2) im Dosengehäuse (7).
Ladedose (1) gemäß Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine Stecksicherung (60), die aus einer Freigabestellung, in der die Stecksicherung (60) ein Lösen des Steckers (2) von der Haltevorrichtung (9) begünstigt, in eine Sicherungsstellung, in der die Stecksicherung (60) ein Lösen des Steckers (2) von der Haltevorrichtung (9) behindert, überführbar ausgestaltet ist.
Ladedose (1) gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (26) und/oder die Kontaktanordnung (12) einen Mitnehmer (64) zur Überführung der Stecksicherung (60) aus der Freigabestellung in die Sicherungsstellung aufweist.
Verfahren zum Verbinden einer Steckverbindung (3), insbesondere einer steckkraftintensiven Steckverbindung zum Laden eines Elektrofahrzeuges, umfassend die Schritte: a) Einführen der Steckerkontakte (5) eines Steckers (2) in ein Dosengehäuse (7) einer Ladedose (1) und b) Kontaktieren der Steckerkontakte (5) mit den Dosenkontakten (14) einer Kontaktanordnung (12) der Ladedose (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktanordnung (12) zum durch Überführen aus einer Wartestellung, in der die Dosenkontakte (14) von den Steckerkontakten (5) des in die Ladedose (1) gesteckten Steckers (2) beanstandet sind, in eine Ladestellung, in der die Dosenkontakte (14) mit den Steckerkontakten (5) verbunden sind, überführt wird.