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Die Erfindung bezieht sich auf ein System für die Kontaktierung einer in einem Fahrzeug befindlichen Batterie mit einem vorzugsweise stationären Ladegerät nach dem Anspruch 1.
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In vielen Bereichen der Intralogistik kommen elektrisch angetriebene Fahrzeuge zum Einsatz. Als Energiequelle zum Antrieb der Fahrzeuge dient normalerweise eine aufladbare Batterie. Wenn die Batterie bis zu einem definierten Ladezustand entladen ist, wird sie mit einem Ladegerät verbunden. Nach vollendeter Ladung steht die Batterie für einen weiteren Einsatz zur Verfügung. Es ist auch üblich, die Batterie schon vor Erreichen des Entladezustands, z.B. in einer Arbeitspause, zu laden, um die Einsatzdauer zu verlängern (Zwischenladung). Im Mehrschichtbetrieb ist nach jeder Schicht ein Austausch der entladenen Batterie durch eine geladene Batterie notwendig. Zur Entfernung der Batterie aus dem Fahrzeug bzw. dem Einsatz einer geladenen Batterie im Fahrzeug sind aufwendige Hilfsmittel, wie Krane oder Hebezeuge notwendig wegen des hohen Eigengewichts der Batterie.
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Zur Zwischenladung wird das elektrisch betriebene Fahrzeug in der Nähe des Ladegeräts positioniert und die als Steckverbindung ausgeführte elektrische Verbindung zwischen der elektrischen Anlage des Fahrzeugs und der Batterie wird zugänglich gemacht und geöffnet. Sodann wird die Batterie mit Hilfe des batterieseitigen Teils der Steckverbindung mit dem Ladegerät verbunden und die Batterie mit Hilfe des Ladegeräts aufgeladen. Während des Ladevorgangs ist die elektrische Anlage des Fahrzeugs von der Batterie zu trennen, damit das Fahrzeug funktionsunfähig wird.
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Um den beschriebenen Aufwand zur Kontaktierung der Batterie mit dem Ladegerät, insbesondere bei den Zwischenladungen zu reduzieren, ist bekannt, die im Fahrzeug befindliche Batterie mit einer zusätzlichen Steckverbindung, einem Ladekabel, auszurüsten, sodass eine Öffnung der elektrischen Steckverbindung zwischen der elektrischen Anlage des Fahrzeugs und der Batterie zum Anschließen des Ladegeräts nicht mehr erforderlich ist. Hierzu kann dann das Fahrzeug mit einer Steckdose zum Anschluss des Ladegeräts ausgerüstet sein, was die Handhabung noch weiter vereinfacht. Bei Fahrzeugen, die ein eigenes Ladegerät an Bord haben, ist diese elektrische Verbindung fest verdrahtet, und zum Laden der Batterie wird das Netzkabel des Ladegeräts mit dem Stromnetz verbunden. Da in den beschriebenen Beispielen die elektrische Anlage des Flurförderzeugs nicht durch Öffnen der Steckverbindung von der Batterie getrennt ist, besteht die Gefahr, dass der Bediener des Fahrzeugs mit dem Fahrzeug fährt, ohne die elektrische Verbindung zum Ladegerät bzw. zum Stromnetz zu trennen. Dies kann zu Gefahren für Personen und zu Beschädigungen führen, da einerseits das externe Ladegerät mitgerissen wird und/oder die Netzverbindung durch Gewalteinwirkung getrennt wird. Um dies zu vermeiden, sind elektrische und/oder Software-technische Lösungen bekannt, die alle Funktionen des Fahrzeugs unterbinden, wenn die Batterie mit dem stationären Ladegerät oder das fahrzeugeigene Ladegerät mit dem Stromnetz verbunden ist. Die beschriebenen Lösungen setzen elektrische Schnittstellen und/oder Signalschnittstellen zwischen den Ladegeräten und der Fahrzeugsteuerung voraus, die über eine elektrische Verbindung zur Batterie hinausgehen.
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Zunehmend kommen Li-ION-Batterien zum Einsatz, die im Vergleich zu den klassischen Bleibatterien sehr hohe Ladestromstärken zulassen. Damit reduziert sich einerseits die erforderliche Zeit zum Laden, jedoch erhöht sich andererseits das Gefährdungspotential und der Aufwand zur sicheren Verhinderung aller Fahrzeugfunktionen während des Ladebetriebs.
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Zusätzlich besteht Bedarf, Fahrzeuge, die mit einer Bleibatterie ausgerüstet sind, und sich schon längere Zeit bei Anwendern im Einsatz befinden, nachträglich mit einer LI-ION-Batterie, die eine Zwischenladung mit hohen Strömen einfach zulässt, auszurüsten, ohne eine Veränderung an der elektrischen Anlage des Fahrzeugs vorzunehmen, eine sogenannte „Plug and drive-Lösung“.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System für die Kontaktierung einer in einem Fahrzeug befindlichen Batterie mit einem vorzugsweise stationärem Ladegerät zu schaffen, das ohne elektrische und softwaretechnische Änderungen am Fahrzeug einen sicheren Ladebetrieb auch bei hohen Stromstärken zulässt.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Bei dem erfindungsgemäßen System ist am Fahrzeug eine Kontaktiereinheit angebracht. Die Kontaktiereinheit enthält ein Ladesteckteil, das elektrisch mit der Batterie verbunden ist. Eine Schalteinrichtung in einer elektrischen Leitung, die in Schließstellung der Schalteinrichtung die Batterie mit einer elektrischen Anlage im Fahrzeug verbindet, ist ebenfalls in der Kontaktiereinheit angeordnet. Die Schalteinrichtung ist in Schließstellung vorgespannt, sodass normalerweise zwischen Batterie und elektrischer Anlage eine Verbindung besteht. Mit dem Ladegerät ist ein Ladestecker verbunden, der zum Laden der Batterie in das Ladesteckteil eingesteckt wird. Ein Betätigungsmechanismus in der Kontaktiereinheit für die Schalteinrichtung betätigt die Schalteinrichtung, wenn der Ladestecker in das Ladesteckteil eingesteckt wird. Dadurch wird die Schalteinrichtung in Öffnungsstellung gebracht, und die Verbindung zwischen Batterie und elektrischer Anlage ist getrennt.
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Bei dem erfindungsgemäßen System ist somit die Steckverbindung zwischen Batterie und Ladegerät so gestaltet, dass bei einer erfolgreichen Kontaktierung zwischen Ladegerät und Batterie gleichzeitig eine automatische zwangsgeführte Öffnung der elektrischen Verbindung zwischen Batterie und elektrischer Anlage im Fahrzeug erreicht wird.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Kontaktiereinheit an einer Batterie oder an der Halterung für die Batterie angebracht.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Schalteinrichtung mindestens ein bewegliches Kontaktelement auf, das mit einer von einer Feder vorgespannten Betätigungsstange verbunden ist. Die Betätigungsstange ist Teil des Betätigungsmechanismus, über den eine Öffnung der Schalteinrichtung erfolgt, wenn der Ladestecker in das Ladesteckteil gesteckt wird.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Kontaktiereinheit mit einer Halterung versehen, an der das Steckteil und feste Kontaktelemente der Schalteinrichtung befestigt sind. Außerdem kann nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung auch eine Führung für die Betätigungsstange an der Halterung angebracht sein.
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Eine Möglichkeit für die Ausführung eines Betätigungsmechanismus kann erfindungsgemäß darin bestehen, dass an dem Steckteil ein Schlitten geführt ist, der gegen die Wirkung einer Feder eine axial bewegbare Schubstange in der Kontaktiereinheit verschiebt, wenn der Ladestecker beim Einstecken in das Ladesteckteil den Schlitten verschiebt. Die Schubstange weist einen Nocken auf, der die Betätigungsstange verstellt und die Schalteinrichtung in die Öffnungsstellung bringt. Die Schubstange wird vorzugsweise in der Halterung geführt.
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Eine andere Möglichkeit für die Ausführung eines Betätigungsmechanismus kann darin bestehen, dass auf einem Gehäuse des Ladesteckers eine Hülse drehbar gelagert ist, die axial unbeweglich ist. Die Hülse weist innen eine schraubenlinienförmige Nut auf, die zum vorderen Ende der Hülse offen ist. Auf dem Ladesteckteil befindet sich ein Vorsprung, der mit der Nut zusammenwirkt, wenn der Ladestecker in das Ladesteckteil eingesteckt wird. In der Kontaktiereinheit ist eine Schubstange axial beweglich gelagert, die von der Hülse verstellt wird, wenn der Ladestecker in das Ladesteckteil eingesteckt wird. Die Schubstange weist einen Nocken auf, der die Betätigungsstange verstellt zur Verstellung der Schalteinrichtung in die Öffnungsstellung. Schließlich kann die Hülse eine Betätigungsstange unmittelbar verstellen ohne Zwischenschaltung einer Schubstange. In diesem Fall erstreckt sich die Betätigungsstange in gleicher Richtung wie die Steckrichtung des Ladesteckers beim Einstecken in das Ladesteckteil.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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1 zeigt ein Flurförderzeug mit seitlich geöffnetem Aufnahmeraum für eine Batterie mit einer erfindungsgemäßen Kontaktiereinheit,
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2 zeigt einen schematischen Teilschnitt durch eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kontaktiereinheit in einer Ausgangsposition,
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3 zeigt die Kontaktiereinheit nach 2 in einer Zwischenposition,
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4 zeigt die Kontaktiereinheit nach den 2 und 3 in einer Endposition,
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5 zeigt einen schematischen Teilschnitt durch eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kontaktiereinheit in der Ausgangsposition,
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6 zeigt die Kontaktiereinheit nach 5 in einer Zwischenposition,
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7 zeigt die Kontaktiereinheit nach den 5 und 6 in der Endposition,
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8 zeigt einen schematischen Teilschnitt durch eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kontaktiereinheit in der Ausgangsposition,
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9 zeigt die erfindungsgemäße Kontaktiereinheit nach 8 in der Endposition,
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10 zeigt ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Kontaktiereinheit mit Komponenten nach den 8 und 9.
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1 zeigt schematisch ein elektrisch betriebenes Flurförderzeug in Form eines Gegengewichtsstaplers, das mit einem System zur Kontaktierung einer Batterie ausgerüstet ist. Das in Seitenansicht dargestellte Fahrzeug weist einen Grundkörper 2 mit Vorder- und Hinterachse auf, an dem drehbar ein Hubgerüst 3 gelagert ist, an dem ein Lastschlitten 4 höhenverschieblich geführt ist. Ein Fahrerplatzmodul 5 ist auf dem Grundfahrzeug 2 gelagert. Ferner ist ein Bedienplatz 8 für den Fahrer vorgesehen. An dem Lastschlitten 4 werden Gabelarme 9 eingehängt. Schließlich ist eine Batterie 6 vorgesehen, die mit einer Kontaktiereinheit 7 für ein stationäres Ladegerät ausgerüstet ist. Der Aufnahmeraum für die Batterie 6 kann unterschiedlich gestaltet und im Fahrzeug angeordnet sein. Entscheidend ist eine von außen leicht zugängliche, an der Batterie befindliche Kontaktierung. Letztere kann auch Teil des Flurförderzeugs sein.
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2 zeigt schematisch im Detail die Kontaktiereinheit 7. Bei 11 ist ein zweipoliger Stecker gezeigt, dessen Gehäuse aus elektrisch nicht leitendem Material besteht und z.B. Stiftkontakte 13 aufweist. Über Kabel 12 ist der Stecker mit einem nicht dargestellten stationären Ladegerät verbunden. Das Gegenstück ist ein Steckersteckteil 14, das ebenfalls aus elektrisch nicht leitendem Material besteht und mit einem Halter 15 und einer Schaltbox 16 zu einer Einheit verbunden ist, die mittels Schrauben 17 an der Kontaktiereinheit 7 und der Batterie 6 befestigt ist. Auf dem Steckteil 14 ist ein als Hohlkörper ausgeführter Schieber 18 linear verschieblich, jedoch drehfest geführt. An diesem ist eine Schubstange 19 befestigt, die linear verschieblich, jedoch drehfest an der am Halter 15 befestigten Führung 20 geführt ist. Im linken Teil des Steckteils 14 sind Buchsenkontakte 21 integriert, die elektrisch leitfähig mit Kabeln 22 verbunden sind, die zu den Kontakten der nicht dargestellten Batterie 6 (1) führen. Der Schieber wird über eine Feder 32 gegen einen Anschlag 33 in die dargestellte linke Endlage gedrückt. In der Schaltbox ist über eine Führung 23 eine Betätigungsstange 24 oder ein Schaltstift verschieblich gelagert, der elektrisch nicht leitfähig mit Kontaktelementen 25 und einem Anschlag 26 eine Einheit bildet und über eine Druckfeder 27 mit dem Gehäuse in der Schaltbox 16 in Wirkverbindung steht. Die Bewegungsrichtungen von Schaltstift und Schubstange 19 sind senkrecht zueinander. In der dargestellten Position der Betätigungsstange 24 verbinden die voneinander elektrisch isolierten Kontaktelemente 25 die voneinander elektrisch isolierten festen Kontaktelemente 28 elektrisch mit den voneinander elektrisch isolierten Kontaktelementen 29. Die Kontaktelemente 28 sind über Kabel 30 mit elektrischen Anschlüssen der nicht dargestellten Batterie verbunden. Kabel 31 sind mit elektrischen Anschlüssen einer nicht dargestellten elektrischen Anlage des Fahrzeugs verbunden. Zur Arretierung des Steckers 11 an der Kontaktiereinheit 7 ist ein Haken 34 vorgesehen, der drehbar um die Achse 35 über den Halter 36 mit dem Gehäuse der Kontaktiereinheit 7 verbunden ist. Ein Betätigungshebel 37 ist rechtwinklig zur Längsachse am Haken 34 befestigt. Dieser steht in Wirkverbindung mit einer Druckfeder 38, die sich auf dem Gehäuse der Kontaktiereinheit 7 abstützt und somit ein Drehmoment entgegen dem Uhrzeigersinn auf dem Haken 34 ausübt. In der dargestellten Position ist der Haken 34 über den Stecker 11 leicht angehoben und gleitet bei einer weiteren Bewegung auf dem Stecker 11.
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3 zeigt die gleiche Anordnung wie 2, wobei der Stecker 11 gegen die Kraft der Feder 32 so weit in Richtung des dargestellten Pfeils verschoben wird, dass die Betätigungsstange 24 über eine schiefe Ebene 40 (Nocken) der Schubstange 19 entgegen der Kraft der Feder 27 in seine obere Endlage geschoben wurde. In dieser Position sind die Kontaktelemente 25 von den Gegenkontaktelementen 28, 29 abgehoben und die elektrische Verbindung zwischen Batterie und elektrischer Anlage des Fahrzeugs ist geöffnet. Gleichzeitig sind die Schlitzkontakte 13 und die Buchsenkontakte 21 teilweise ineinandergeschoben.
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In 4 hat der Stecker 11 seine rechte Endlage erreicht. Zur Fixierung des Steckers 11 an der Kontaktiereinheit 7 greift der Haken 34 über die Kraft der Feder 38 hinter das Gehäuse des Steckers. Die Kontakte 13 sind vollständig in die Buchsenkontakte 21 eingeschoben. Die elektrische Verbindung zwischen der Batterie und dem Ladegerät ist hergestellt. Gleichzeitig ist die elektrische Verbindung zwischen der elektrischen Anlage des Fahrzeugs und der Batterie geöffnet.
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5 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Kontaktiereinheit 7 nach der Erfindung. Stecker 50 und Steckteil 48 sind als rotationssymmetrische Körper ausgebildet. Auf dem Stecker ist eine ebenfalls rotationssymmetrische Verriegelungshülse 41 drehbar gelagert und mit Hilfe einer Ringnut 42 am Stecker 50 und dem ringförmigen Gegenstück der Verriegelungshülse 41 axial festgelegt. Auf der Innenseite des rechten ringförmigen Teils der Verriegelungshülse des Steckers ist eine schraubenlinienförmige Nut 43 vorgesehen, die mit einem z.B. stiftförmigen Vorsprung 44 am Steckteil 49 in Wirkverbindung treten kann. Weiterhin sind in bekannter Weise Stiftkontakte 13 und Buchsenkontakte 21 vertauschungssicher in den Steckerteilen 50, 48 angeordnet. Zur Betätigung der Betätigungsstange 24 ist eine Schubstange 51 vorgesehen, die mit einem Anschlag 52 ausgerüstet ist, auf dem sich eine Druckfeder 53 abstützt. Verdrehfest geführt wird die Schubstange 51 über Führungen 54, 55, die mit der Kontaktiereinheit 7 verbunden sind.
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6 zeigt die Kontaktiereinheit nach 5, nachdem der Stecker 50 um einen bestimmten Weg und die Verriegelungshülse 42 im Uhrzeigersinn drehend nach rechts geschoben wurden. Die Verriegelungshülse 41 ist in Wirkverbindung mit der Schubstange 51 getreten und hat diese entgegen der Kraft der Feder 53 nach rechts verschoben, sodass die Betätigungsstange 24 über die schiefe Ebene 56 (Nocken) der Schubstange 51 entgegen der Kraft der Feder 32 in seine obere Endlage geschoben wurde. Die Kontaktelemente 25 stehen nicht mehr in Verbindung mit den Gegenkontaktelementen 28, 29, und die elektrische Verbindung zwischen der Batterie 6 und der elektrischen Anlage des Fahrzeugs 1 ist geöffnet. Die schraubenlinienförmige Nut 43 ist mit dem Vorsprung 44 am Steckteil 49 in Wirkverbindung getreten und hat somit den Stecker 50 mit Hilfe der Drehung der Verriegelungshülse 41 nach rechts verschoben. Gleichzeitig sind die Stiftkontakte 13 und die Buchsenkontakte 21 teilweise ineinandergeschoben.
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7 zeigt die Kontaktiereinheit nach den 6 und 7, wobei der Stecker 50 und die Schubstange 51 ihre rechte Endlage erreicht haben. Die Stiftkontakte 13 sind vollständig in die Buchsenkontakte 21 eingeschoben. Die elektrische Verbindung zwischen der Batterie und dem Ladegerät ist hergestellt und gleichzeitig ist die elektrische Verbindung zwischen elektrischer Anlage des Fahrzeugs und der Batterie geöffnet.
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In 8 ist eine dritte Ausführungsform einer Kontaktiereinheit 60 dargestellt. Die Kontaktierung zum Ladegerät ist wie in den 5 bis 7 dargestellt und beschrieben. Eine Schaltbox 63 ist jedoch um 90° im Uhrzeigersinn gedreht angeordnet und bildet mit einem Halter 64 und dem Steckteil 48 eine Einheit, die über Schrauben 65 mit der Kontaktiereinheit 60 verbunden ist. Eine Betätigungsstange 61 wird über eine Führung 62 linear geführt und so ausgebildet, dass sie direkt mit der Verriegelungshülse 41 in Wirkverbindung stehen kann. Dies ist in 9 dargestellt. Stecker 50 hat durch drehendes Verschieben der Hülse seine rechte Endlage erreicht und ist mit der Betätigungsstange 61 direkt in Wirkverbindung getreten. Durch die Verschiebung der Betätigungsstange 61 in die rechte Endlage stehen die Kontaktelemente 25 nicht mehr in Verbindung mit den Gegenkontaktelementen 28, 29 und die elektrische Verbindung zwischen Batterie und elektrischer Anlage im Fahrzeug ist geöffnet. Die Stiftkontakte 13 sind vollständig in die Buchsenkontakte 21 eingeschoben und die elektrische Verbindung zwischen Batterie und dem Ladegerät ist hergestellt.
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10 zeigt zur Verdeutlichung des allgemeinen Aufbaus ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Kontaktiereinheit im Zusammenhang mit den beteiligten Komponenten in der Ausgangsposition. Diese entspricht der nach der in 8 dargestellten. Das Fahrzeug 1 enthält eine elektrische Anlage 71 und die Batterie 6 und die Kontaktiereinheit 7, die wiederum die Betätigungsstange 61 aufweist mit den Kontaktelementen 25. Ein Ladegerät 70 ist über ein Kabel 12 mit dem Stecker 50 verbunden, der in Wirkverbindung mit der Betätigungsstange 61 treten kann. Das Steckteil 48 ist Teil der Kontaktiereinheit 7 und über Kabel 22 mit der Batterie verbunden wie auch die Schaltbox 63 über Kabel 30. Die Verbindung zwischen der elektrischen Anlage 71 und der Schaltbox 62 wird über Kabel 31 hergestellt.
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Wie beschrieben, stellt das dargestellte System ein automatisches Betätigen einer Trenneinrichtung zwischen Batterie und elektrischer Anlage eines Fahrzeugs sicher, wenn das Ladegerät mit der Batterie des Fahrzeugs über eine Steckverbindung verbunden wird. Die Trenneinrichtung ist unabhängig von der elektrischen Anlage und/oder von Software für die Steuereinrichtung. Der Aufbau ist mechanisch einfach und erfordert für die Funktion keine Fremdenergie.
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Die Batterie bildet mit der Kontaktiereinheit vorzugsweise eine Baugruppe, die mit der Elektrik des Flurförderzeugs lösbar verbunden ist, z.B. über ein Stecksystem oder über Schraubanschlüsse.
