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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Stecken eines elektrischen Ladesteckers in eine Ladesteckdose eines Elektrofahrzeuges, betrifft ferner ein Verfahren zum Montieren einer Vorrichtung zum Stecken eines elektrischen Ladestecker in eine Ladesteckdose eines Fahrzeuges und betrifft ferner ein Verfahren zum Stecken eines elektrischen Ladesteckers in eine Ladesteckdose eines Elektrofahrzeuges.
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Elektrofahrzeuge verwenden zum Betreiben des Elektroantriebsmotors eine Batterie bzw. einen Akkumulator zur Energieversorgung. Die Batterie muss eine ausreichende Menge von Energie gespeichert haben, um den Elektromotor über eine gewünschte Fahrstrecke antreiben zu können. Eine Aufladung der Batterie kann zum Beispiel in speziell dafür vorgesehenen öffentlich zugänglichen Ladestationen oder im privaten Bereich, etwa in einer Garage, durchgeführt werden. Zum Aufladen der Batterie kann der Batterie elektrische Energie über ein Kabel oder induktiv zugeführt werden. Beim induktiven Laden sind jedoch relativ geringe Ladeleistungen verglichen mit einem Laden über ein elektrisches Kabel möglich. Laden über ein elektrisches Kabel kann zum Beispiel eine Ladeleistung bis 150 kW und zukünftig über 250 kW ermöglichen, während ein induktives Laden eine Ladeleistung unter 5 kW erreichen kann. Auch kann ein Wirkungsgrad beim Laden über ein elektrisches Kabel höher sein als beim induktiven Laden. Daher ist es bevorzugt, eine Batterie eines Elektrofahrzeuges über ein Ladekabel zu laden. Automatisches konduktives Laden wird somit dem induktiven Laden vorgezogen, da höhere Ladeleistungen möglich sind und somit kurze Ladezeiten auch bei hohen Batteriekapazitäten eingehalten werden können.
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Besonders bequem für einen Halter des Fahrzeuges ist es, wenn das Laden innerhalb des Privatbereichs, etwa in einer Privatgarage, erfolgt. Aus dem Stand der Technik sind Systeme zum automatischen Stecken eines Ladekabels in eine Ladedose des Elektrofahrzeugs bekannt. Zum Beispiel wurde das automatische Stecken von DC(Gleichstrom)-Ladekabeln im öffentlichen Raum innerhalb des Forschungsprojekts e-SmartConnect vorgestellt. Ferner wurde ein Schlangenarm-Roboter zum automatischen Stecken des Ladesteckers veröffentlicht.
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Die aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen und Verfahren sind jedoch nicht in allen Fällen ausgereift und zum Teil werden zu wenige Bewegungsfreiheiten für die Anwendung vorgesehen. Das kann zur Folge haben, dass die Vorrichtungen und Verfahren nicht für jede Ladedosenposition und -orientierung eines Elektrofahrzeugs anwendbar sind. Ferner werden Vorrichtungen im Stand der Technik mit relativ schlechter Wiederholgenauigkeit verwendet, wodurch die Robustheit und Zuverlässigkeit des Steckprozesses nicht gewährleistet sein kann. Ferner sind bekannte Vorrichtungen komplex, voluminös und kostspielig.
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Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Stecken eines elektrischen Ladesteckers in eine Ladesteckdose eines Elektrofahrzeugs, ein Verfahren zum Montieren einer Vorrichtung zum Stecken eines elektrischen Ladesteckers in eine Ladesteckdose eines Elektrofahrzeugs sowie ein Verfahren zum Stecken eines elektrischen Ladesteckers in eine Ladesteckdose eines Elektrofahrzeugs vorzuschlagen, wodurch ein zuverlässiges und sicheres Stecken eines Ladesteckers in eine Ladedose für eine Vielzahl von Fahrzeugtypen und Geometrien ermöglicht ist, während ferner die Kosten der Vorrichtung begrenzt sind und die Vorrichtung eine einfache Struktur aufweist.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche spezifizieren besondere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
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Mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Stecken eines elektrischen Ladesteckers in eine Ladesteckdose eines Elektrofahrzeugs bereitgestellt. Dabei weist die Vorrichtung ein Parallelkinematiksystem, welches drei translatorische Bewegungsfreiheitsgrade und einen rotatorischen Bewegungsfreiheitsgrad erlaubt, einen Ladestecker, welcher an dem Parallelkinematiksystem derart angebracht, dass der Ladestecker in den vier Bewegungsfreiheitsgraden bewegt werden kann, und ein Gestell auf, das an einer Wand anbringbar ist und an dem des Parallelkinematiksystem angebracht ist. Das Gestell erlaubt eine erste Drehausrichtung des Parallelkinematiksystems um eine erste Achse und eine Fixierung des gemäß der ersten Drehausrichtung ausgerichteten Parallelkinematiksystems.
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Das Parallelkinematiksystem kann mindestens drei Schienen, insbesondere vier Schienen aufweisen, an denen jeweils mindestens ein Ende mindestens einer Stange drehbar und translatierbar geführt werden kann. Die anderen Enden der Stangen können an einer Plattform drehbar befestigt sein, wobei auf bzw. an der Plattform der Ladestecker fixiert sein kann. Durch Verschieben der jeweiligen Enden der Stangen entlang der Schienen kann der Ladestecker in den drei translatorischen Bewegungsfreiheitsgraden und dem einen rotatorischen Bewegungsfreiheitsgrad bewegt werden. Insbesondere kann das Parallelkinematiksystem genau einen (d.h. nicht mehr als einen einzigen) rotatorischen Bewegungsfreiheitsgrad bereitstellen. Insbesondere kann das Parallelkinematiksystem genau vier Bewegungsfreiheitsgrade zur Bewegung des Ladesteckers bereitstellen. Damit kann das Parallelkinematiksystem einen einfachen Aufbau aufweisen und sehr kostengünstig sein.
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Das Parallelkinematiksystem kann drei translatorische Bewegungsfreiheitsgrade erlauben, um verschiedene Fahrzeugpositionen relativ zu der Garagenwand des geparkten Elektrofahrzeugs zu unterstützen. Einer der translatorischen Bewegungsfreiheitsgrade kann eine Bewegung des Ladesteckers im Wesentlichen in Richtung der Längsachse des Fahrzeuges, ein anderer translatorischer Bewegungsfreiheitsgrad kann eine Bewegung des Ladestecker im Wesentlichen in einer vertikalen Richtung (um verschiedene Beladungszustände des Autos zu unterstützen) zu erlauben. Ein dritter translatorischer Bewegungsfreiheitsgrad kann im Wesentlichen senkrecht zu einer Längsrichtung des Fahrzeugs ausgerichtet sein, um somit verschiedene Abstände des geparkten Fahrzeuges von der Garagenwand zu unterstützen, an der die Steckvorrichtung angebracht ist. Der eine rotatorische Freiheitsgrad kann Drehung um eine im wesentlichen vertikal orientierte Achse erlauben, um ein Laden bei verschiedenen Schrägstellungen (nicht parallel zur Garagenwand) des Fahrzeuges zu unterstützen.
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Das Gestell kann zum Beispiel mindestens drei (insbesondere relativ zueinander drehbare, orientierbare und danach fixierbare) Teile aufweisen, wovon ein Teil an einer Wand anbringbar ist. Die weiteren Teile können relativ zu dem an der Wand angebrachten Teil verdrehbar und somit rotatorisch ausrichtbar sein, insbesondere um eine erste Achse und ferner um zusätzlich eine zweite Achse, welche senkrecht aufeinander stehen. Die erste Drehausrichtung (und insbesondere auch eine zweite Drehausrichtung) des Parallelkinematiksystems kann einmalig durchgeführt werden und das Parallelkinematiksystem kann dann gemäß der ersten Drehausrichtung (und insbesondere auch gemäß der zweiten Drehausrichtung) fixiert werden, insbesondere an dem Gestell. Die erste Achse kann bei an der Wand montiertem Gestell im Wesentlichen horizontal und im Wesentlichen parallel zu einer Längsachse des geparkten Autos ausgerichtet sein. Die erste Drehausrichtung kann eine Ausrichtung (einer Längsachse) des Ladesteckers entlang einer Längsachse einer Ladedose ermöglichen, insbesondere wenn diese (aufgrund einer Geometrie des Fahrzeuges) nicht genau horizontal verläuft. Wenn die Ladedose des Elektrofahrzeugs eine Längsachse (etwa parallel zu einer Steckrichtung) aufweist, welche nicht horizontal ausgerichtet ist, sondern um einen Verkippungswinkel gegen eine Horizontale geneigt ist, kann das Parallelkinematiksystem um die erste Achse genau um den Verkettungswinkel verdreht bzw. geschwenkt werden, um eine erste Drehausrichtung des Parallelkinematiksystems derartig zu erreichen, dass ein translatorischer Bewegungsfreiheitsgrad der drei translatorischen Bewegungsfreiheitsgrade des Parallelkinematiksystems genau entlang der Längsachse der Ladedose ausgerichtet ist.
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Bewegung des Ladesteckers entlang dieser einen translatorischen Bewegungsrichtung kann dann zum Stecken des Ladesteckers in die Ladesteckdose führen.
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Das Stecken des Ladesteckers in die Ladesteckdose kann durch Aktivieren des Parallelkinematiksystems zum Bewegen des Ladesteckers gemäß zumindest einem der vier Bewegungsfreiheitsgrade (insbesondere mehrmals, wiederholt) durchgeführt werden, ohne das Parallelkinematiksystem als Ganzes um die erste Achse und/oder um die zweite Achse drehen und somit erneut ausrichten zu müssen. Damit kann eine Trennung der insgesamt sechs möglichen Bewegungsfreiheiten im Raum über das Gestell (auch als Einrichtmechanismus bezeichnet) erreicht werden. Das Gestell kann zwei Bewegungsfreiheiten erlauben, insbesondere mindestens einen Bewegungsfreiheitsgrad einer Drehung um die erste Achse. Davon sind die vier Bewegungsfreiheitsgrade getrennt, welche von dem Parallelkinematiksystem bereitgestellt sind. Mit den zwei Freiheitsgraden des Gestells wird das Parallelkinematiksystem so (spezifisch für das Fahrzeug) gedreht, dass die vier Freiheitsgrade des Parallelkinematiksystems ein Stecken des Ladesteckers am spezifischen Fahrzeug erlauben. Die vier Freiheitsgrade können somit von den zwei Freiheitsgrade des Gestells abhängig sein.
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Damit kann die Vorrichtung einfach und kostengünstig ausgeführt sein. Das Parallelkinematiksystem kann somit eine aufgabenangepasste Lösung mit kostengünstigen Komponenten erlauben. Das Parallelkinematiksystem kann insbesondere ein konventionell erhältliches Parallelkinematiksystem umfassen, sodass die Umsetzung der Vorrichtung durch konventionell verfügbare Komponenten ausgeführt sein kann.
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Das Gestell kann durch verschiedene Fixierungselemente, beispielsweise mehrere Schrauben, an der Wand anbringbar sein. Das Gestell kann insbesondere an einer Innenwand einer Garage oder an einem Pfeiler oder an einen Pfosten innerhalb der Garage angebracht werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erlaubt das Gestell ferner eine zweite Drehausrichtung des Parallelkinematiksystems, um eine senkrecht zur ersten Achse orientierte zweite Achse und eine Fixierung des gemäß der zweiten Drehausrichtung ausgerichteten Parallelkinematiksystems, insbesondere relativ zu dem Gestell und/oder relativ zu der Wand, dem Pfosten bzw. dem Pfeiler, an dem das Gestell angebracht ist. Wenn auch eine zweite Drehausrichtung des Parallelkinematiksystems ermöglicht ist, kann ein Stecken des Ladesteckers in Ladesteckdosen, welche verschiedene Orientierungen (hinsichtlich einer Drehung um eine Längsachse) aufweisen, unterstützt werden.
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Die Ladesteckdose (wie auch der Ladestecker) können eine Mehrzahl von Kontakten, etwa fünf oder sieben Kontakte aufweisen, welche hochstromfähig sein können und verschiedene Ladespannungen unterstützen können, sowie teilweise auch Steuersignale übertragen können. Dabei können die Kontakte nicht symmetrisch bezüglich der Längsachse des Ladesteckers bzw. der Ladedose angeordnet sein. Ein Stecken des Ladesteckers in die Ladedose erfordert somit eine korrekte, d.h. übereinstimmende Ausrichtung der Kontakte, d.h. eine rotatorische Ausrichtung bezüglich der Längsachse des Ladesteckers bzw. der Ladedose. Zur korrekten relativen Drehausrichtung des Ladesteckers bezüglich der Ladedose des geparkten Elektrofahrzeuges kann die zweite Drehausrichtung des Parallelkinematiksystems vor dem eigentlichen Steckvorgang (einmalig für ein gegebenes Fahrzeug) ausgeführt und das gemäß der zweiten Drehausrichtung ausgerichtete Parallelkinematiksystem fixiert werden. Zum eigentlichen Stecken des Ladesteckers in die Ladesteckdose ist somit eine Drehung um die zweite Achse und auch eine Drehung um die erste Achse nicht mehr notwendig, da bereits die korrekte erste Drehausrichtung und die korrekte zweite Drehausrichtung vollzogen worden sind.
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In anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erlaubt das Gestell nur die erste Drehausrichtung, ohne die zweite Drehausrichtung zu ermöglichen. Eine entsprechende Drehausrichtung kann in alternativen Ausführungsformen durch entsprechende Ausbildung einer Plattform bzw. eines Befestigungsmechanismus des Ladesteckers an dem Parallelkinematiksystems bewerkstelligt werden. Beispielsweise könnte der Ladestecker drehausgerichtet an einer Plattform des Parallelkinematiksystems derart fixiert werden, dass er mit der Ladedose hinsichtlich einer Drehung um die Längsachse der Ladedose übereinstimmt.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Gestell eine Basis auf, die an der Wand anbringbar ist. Ferner weist das Gestell ein zweites Teil auf, welches um die zweite Achse relativ zu der Basis drehausrichtbar und ausgerichtet an der Basis fixierbar ist, um die zweite Drehausrichtung durchzuführen. Die Basis kann zum Beispiel durch mehrere Schrauben an der Wand, einem Pfosten oder einem Pfeiler anbringbar sein. Die zweite Achse kann insbesondere senkrecht zu einer Ebene der Garagenwand ausgerichtet sein. Das zweite Teil kann drehbar relativ zu der Basis gelagert sein, um die zweite Drehausrichtung durchzuführen. Nach der gewünschten Verdrehung des zweiten Teils relativ zu der Basis, kann das zweite Teil zum Beispiel mit einer oder mit mehreren Schrauben an der Basis befestigt und somit fixiert werden. Somit können verschiedene Orientierungen einer Ladedose unterstützt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Gestell ein erstes Teil auf, welches um die erste Achse relativ zu dem zweiten Teil drehausrichtbar ist und ausgerichtet an dem zweiten Teil fixierbar ist, um die erste Drehausrichtung durchzuführen. Die erste Achse kann in einer Ebene der Garagenwand liegen. Insbesondere kann die erste Achse im Wesentlichen in einer Horizontalen liegen. Die Basis kann an der Garagenwand befestigt (nicht beweglich) sein. Das zweite Teil ist an der Basis drehbar gelagert. Die Drehachse des Gelenks zwischen der Basis und dem zweiten Teil liegt normal zur Garagenwand. Das dritte Teil ist an dem zweiten Teil drehbar gelagert. Die Drehachse (erste Drehachse) des Gelenks zwischen dem zweiten Teil und dem dritten Teil liegt parallel zur Garagenwand und senkrecht zur zweiten Drehachse. Der Mechanismus aus drei Teilen, welche über zwei Drehgelenke seriell verbunden sind, erlaubt eine Bewegung in zwei Freiheitsgraden bzw. der Mechanismus hat einen Freiheitsgrad von zwei.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Parallelkinematiksystem vier Linearaktuatoren auf, welche zum Beispiel über Motoren angetriebene Spindeln ausgeführt sein können, welche eine Bewegung des Ladesteckers in den vier Bewegungsfreiheitsgraden zu bewirken angeordnet und ausgebildet sind. Dabei weist die Vorrichtung ferner eine Kamera mit einem Auswertesystem auf, das ausgebildet ist, eine Position des Ladesteckers relativ zu einer Ladesteckdose eines Elektrofahrzeugs zu bestimmen. Ferner weist die Vorrichtung eine Steuerung auf, die ausgebildet ist, die vier Aktuatoren, basierend auf der Position derart anzusteuern, dass der Ladestecker in die Ladesteckdose geführt wird. Die Kamera kann eine Videokamera umfassen, welche während eines beabsichtigten Steckprozesses kontinuierlich zweidimensionale Bilder des Ladesteckers, insbesondere zusammen mit der Ladesteckdose aufnimmt. Das Auswertesystem kann ein Bildauswertesystem umfassen und kann durch Bildverarbeitung den Ladestecker und auch die Ladesteckdose erkennen. Die Position des Ladesteckers kann zum Beispiel einen Massenschwerpunkt des Ladesteckers umfassen und kann zum Beispiel durch drei Koordinaten beschrieben oder repräsentiert sein. Das Auswertesystem kann ferner ausgebildet sein, auch die Orientierung des Ladesteckers relativ zu der Ladesteckdose zu bestimmen und die vier Aktuatoren ferner auch basierend auf der Orientierung bzw. Relativorientierung des Ladesteckers relativ zu der Ladesteckdose ansteuern. Die Steuerung kann ausgebildet sein, zunächst den Ladestecker bzw. die Längsachse des Ladesteckers parallel zu der Längsachse der Ladesteckdose auszurichten und dann den Ladestecker derart zu bewegen, dass die Längsachse des Ladesteckers mit der Längsachse der Ladesteckdose zur Deckung gebracht wird, wobei jedoch der Ladestecker entfernt von der Ladesteckdose angeordnet wird. Damit kann eine Beschädigung von Komponenten des Elektrofahrzeugs vermieden werden. Durch Verschiebung des Ladesteckers entlang der Längsachse des Ladesteckers (welche nach der Drehausrichtung(en) insbesondere im Wesentlichen parallel zu einem der drei translatorischen Bewegungsfreiheitsgrade des Parallelkinematiksystems verlaufen kann), kann der Ladestecker in die Ladesteckdose geführt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Parallelkinematiksystems ferner eine erste Horizontalschiene, eine zweite Horizontalschiene, ein erstes Horizontalstabsystem, ein zweites Horizontalstabsystem, eine erste Vertikalschiene, eine zweite Vertikalschiene, ein erstes Vertikalstabsystem, ein zweites Vertikalstabsystem und eine Plattform auf, an der der Ladestecker befestigt ist. Dabei sind die erste Horizontalschiene und die zweite Horizontalschiene parallel zueinander und hintereinander auf dem ersten Teil des Gestells angebracht und die erste Vertikalschiene und die zweite Vertikalschiene sind parallel zueinander und nebeneinander auf dem ersten Teil des Gestells angebracht.
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Die Horizontalschienen und/oder Vertikalschienen können beispielsweise aus Metall gefertigt sein. Die Horizontalschienen und die Vertikalschienen ermöglichen eine Bewegung der Plattform entlang der drei translatorischen Bewegungsfreiheitsgrade und eine Verdrehung gemäß dem rotatorischen Bewegungsfreiheitsgrad. Wenn die Vertikalschienen parallel zueinander und nebeneinander auf dem ersten Teil des Gestells angebracht sind, kann der rotatorische Bewegungsfreiheitsgrad des Parallelkinematiksystems bereitgestellt werden, indem zum Beispiel Enden von zwei Vertikalstabsystemen an verschiedene Positionen der Vertikalschienen verschoben werden. Somit ist das Parallelkinematiksystem in einfacher Weise aufbaubar.
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Die Plattform kann einen Drehmechanismus aufweisen, welcher eine Verdrehung des Ladesteckers um einen gewünschten Winkel und Fixierung des verdrehten Ladesteckers ermöglicht. In diesem Fall braucht das Gestell nicht die zweite Drehausrichtung zu erlauben.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Ende des ersten Horizontalstabsystems verschiebbar und drehbar an der ersten Horizontalschiene und ein anderes Ende des ersten Horizontalstabsystems drehbar an der Plattform befestigt, und/oder ist ein Ende des zweiten Horizontalstabsystems verschiebbar und drehbar an der zweiten Horizontalschiene und ein anderes Ende des zweiten Horizontalstabsystems drehbar an der Plattform befestigt, und/oder ist ein Ende des ersten Vertikalstabsystems verschiebbar und drehbar an der ersten Vertikalschiene und ein anderes Ende des ersten Vertikalstabsystems drehbar an der Plattform befestigt, und/oder ist ein Ende des zweiten Vertikalstabsystems verschiebbar und drehbar an der zweiten Vertikalschiene und ein anderes Ende des zweiten Vertikalstabsystems drehbar an der Plattform befestigt. Damit kann eine Bewegung des auf der Plattform befestigten Ladesteckers gemäß den drei translatorischen Bewegungsfreiheitsgraden und dem rotatorischen Bewegungsfreiheitsgrad auf einfache Weise durchgeführt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist zur drehbaren Befestigung zumindest eines der Horizontalstabsysteme an der jeweiligen Horizontalschiene und/oder zur drehbaren Befestigung zumindest eines der Horizontalstabsysteme an der Plattform und/oder zur drehbaren Befestigung zumindest eines der Vertikalstabsysteme an zumindest einer der Vertikalschienen und/oder zur drehbaren Befestigung zumindest eines der Vertikalstabsysteme an der Plattform jeweils ein Kugelgelenk und/oder ein Kardangelenk vorgesehen. Somit können konventionell erhältliche und verfügbare Komponenten zur Realisierung der Steckvorrichtung verwendet und eingesetzt werden. Damit können Kosten der Vorrichtung reduziert werden.
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Es wird bemerkt, dass Merkmale, die individuell oder in irgendeiner Kombination im Zusammenhang mit einer Vorrichtung zum Stecken eines elektrischen Ladesteckers in eine Ladesteckdose erwähnt, beschrieben oder bereitgestellt sind, individuell oder in irgendeiner Kombination auch für ein Verfahren zum Stecken eines elektrischen Ladesteckers in eine Ladesteckdose eines Elektrofahrzeugs oder für ein Verfahren zum Montieren einer Vorrichtung zum Stecken eines elektrischen Ladesteckers in eine Ladesteckdose eines Elektrofahrzeug angewendet werden können gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Stecken eines elektrischen Ladesteckers in eine Ladesteckdose eines Elektrofahrzeugs bereitgestellt. Dabei weist das Verfahren Drehen, mittels eines an einer Wand befestigten Gestells, eines Parallelkinematiksystem, welches drei translatorische Bewegungsfreiheitsgrade und einen rotatorischen Bewegungsfreiheitsgrad erlaubt, um eine erste Achse, um eine erste Drehausrichtung zu erreichen, Fixieren des gemäß der ersten Drehausrichtung ausgerichteten Parallelkinematiksystems an dem Gestell und Bewegen eines an dem Parallelkinematiksystem angebrachten Ladesteckers in zumindest einem der vier Bewegungsfreiheitsgraden zum Stecken in die Ladesteckdose auf.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Montieren einer Vorrichtung zum Stecken eines elektrischen Ladesteckers in eine Ladesteckdose eines Elektrofahrzeugs bereitgestellt. Dabei weist das Verfahren Anbringen eines Gestells an einer Wand, Anbringen eines Parallelkinematiksystems, welches drei translatorische Bewegungsfreiheitsgrade und einen rotatorischen Bewegungsfreiheitsgrad erlaubt, an dem Gestell, wobei ein Ladestecker an dem Parallelkinematiksystem derart angebracht ist, dass der Ladestecker in den vier Bewegungsfreiheitsgraden bewegt werden kann, Drehen, mittels des Gestells, des Parallelkinematiksystem um eine erste Achse, um eine erste Drehausrichtung zu erreichen und Fixieren des gemäß der ersten Drehausrichtung ausgerichteten Parallelkinematiksystems auf.
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Die Aktuatoren können als Lineartriebe ausgeführt sein. Alternativ kann zumindest einer der Aktuatoren auch als Linearantrieb in Kombination mit einer Kardanwelle mit Drehantrieb verwendet werden. Anstelle von vier gestellfesten Linearantrieben können auch vier Teleskopantriebe (je ein Antrieb pro Parallelogramm und je ein Antrieb je Stab) verwendet werden, welche über Kardangelenke mit dem Gestell verbunden sind. Gemäß einer besonderen Ausführungsform werden vier baugleiche Linearantriebe verwendet, welche insbesondere kostengünstig als Spindelantriebe ausgeführt sein können. Damit kann das Parallelkinematiksystem flach an die Wand gefahren werden, wenn kein Ladeprozess durchgeführt werden soll. Damit stellt die Steckvorrichtung kein Hindernis für das Einfahren des Elektrofahrzeugs dar. Die Verwendung einer Parallelkinematik kann den Einsatz von kostengünstigen Komponenten bei gleichzeitig ausreichender Bewegungsfreiheit und Wiederholgenauigkeit ermöglichen. Eine Installation in einer schmalen Garage kann dadurch ermöglicht werden.
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Die Vorrichtung zum Stecken gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann große Antriebskräfte zur Kontaktierung und Kabelhandhabung, eine gute Wiederholgenauigkeit (Anfahren der Ladedose) große Sicherheit (Vermeidung der Gefahr durch Klemmen/Quetschen) und mindestens vier Bewegungsfreiheitsgrade bereitstellen.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Die Erfindung ist nicht auf die Illustrierten oder beschriebenen Ausführungsformen beschränkt.
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1 zeigt in einer schematischen perspektivischen Darstellung eine Vorrichtung zum Stecken eines elektrischen Ladesteckers in eine Ladesteckdose eines Elektrofahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einem eingefahrenen Zustand;
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2 zeigt die in 1 illustrierte Vorrichtung in einem ausgefahrenen Zustand;
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3 illustriert in einer schematischen perspektivischen Darstellung ein Parallelkinematiksystem, das gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in der in 1 und 2 illustrierten Steckvorrichtung umfasst sein kann;
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4 und 5 illustrieren die Konfiguration und Anordnung einer Ladesteckdose, in welche gemäß Ausführungsform der Erfindung ein Ladestecker gesteckt werden kann;
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6 illustriert in einer schematischen perspektivischen Darstellung ein Gestell, welches gemäß Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Steckvorrichtung umfasst sein kann;
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7 illustriert in einer schematischen perspektiven Darstellung das in 6 illustrierte Gestell nach zwei Drehausrichtungen;
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8 illustriert ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Stecken eines elektrischen Ladesteckers in eine Ladesteckdose gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
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9 illustriert ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Montieren einer Vorrichtung zum Stecken eines elektrischen Ladestecker in eine Ladesteckdose eines Elektrofahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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1 und 2 illustrieren in einer schematischen perspektivischen Darstellung eine Vorrichtung 1 zum Stecken eines elektrischen Ladesteckers 3 in eine Ladesteckdose eines Elektrofahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem eingefahrenen bzw. in einem ausgefahrenen Zustand. Die Vorrichtung 1 weist ein Parallelkinematiksystem 5 auf, welches drei translatorische Bewegungsfreiheitsgrade x, y, z und einen rotatorischen Bewegungsfreiheitsgrad, d.h. eine Drehung um die z-Achse um den Winkel ψ, erlaubt. Ferner weist die Vorrichtung 1 einen Ladestecker 3 auf, welcher an dem Parallelkinematiksystem 5 derart angebracht ist, dass der Ladestecker 3 in den 4 Bewegungsfreiheitsgraden x, y, z, ψ bewegt werden kann. Ferner weist die Vorrichtung 1 ein Gestell 7 auf, dass an einer Wand 9, etwa einer Garagenwand, anbringbar ist und an dem das Parallelkinematiksystem 5 angebracht ist, auf. Das Gestell 7 erlaubt eine erste Drehausrichtung des Parallelkinematiksystems 5, um eine erste Achse 11 sowie eine Fixierung des gemäß der ersten Drehausrichtung ausgerichteten Parallelkinematiksystems 5. Die erste Achse 11 liegt in einer Ebene der Garagenwand 9. Die Achse 11 kann insbesondere entlang einer Längsrichtung eines Fahrzeugstellplatzes orientiert sein. Die erste Drehausrichtung erlaubt eine Verschwenkung bzw. Verkippung des Parallelkinematiksystems 5 relativ zu der Garagenwand 9. Das Gestell 7 erlaubt ferner eine zweite Drehausrichtung des Parallelkinematiksystems 5, um eine senkrecht zur ersten Achse 11 orientierte zweite Achse 13 und eine Fixierung des gemäß der zweiten Drehausrichtung ausgerichteten Parallelkinematiksystems 5.
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Das Gestell 7 weist eine Basis 15 auf, die an der Wand 9 anbringbar ist. Ferner weist das Gestell 7 ein zweites Teil 17 auf, welches um die zweite Achse 13 relativ zu der Basis 15 drehausrichtbar (das heißt verdrehbar bzw. schwenkbar) ist und ausgerichtet an der Basis 15 fixierbar ist, um die zweite Drehausrichtung, d.h. Einstellung eines gewünschten Winkels β durchzuführen. Das Gestell 7 weist ferner ein erstes Teil 19 auf, welches um die erste Achse 11 relativ zu dem zweiten Teil 17 drehausrichtbar (insbesondere verdrehbar bzw. schwenkbar) und ausgerichtet an dem zweiten Teil 17 (und optional auch an der Garagenwand 9) fixierbar ist, um die erste Drehausrichtung, insbesondere Einstellung eines gewünschten Winkels α durchzuführen.
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1 zeigt die Steckvorrichtung 1 in einem eingefahrenen Zustand, d.h. in einem Zustand, in dem der Ladestecker 3 nicht in eine Ladesteckdose eines Elektrofahrzeugs eingesteckt ist. 2 zeigt hingegen die Steckvorrichtung 1 in einem ausgefahrenen Zustand, in dem der Ladestecker in eine nicht illustrierte Ladesteckdose zum Laden einer Batterie des Elektrofahrzeugs eingesteckt ist. Um den Ladestecker 3 in die in 2 illustrierte Position zu bringen, weist das Parallelkinematiksystem 5 vier nicht illustrierte Aktuatoren, insbesondere Linearantriebe auf, welche eine Bewegung des Ladesteckers 3 in den vier Bewegungsfreiheitsgraden zu bewirken angeordnet und ausgebildet sind.
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Zur Zielansteuerung weist die Steckvorrichtung 1 ferner eine Kamera 21 mit einem Auswertesystem auf, das ausgebildet ist, eine Position des Ladesteckers 3 relativ zu einer Ladesteckdose des Elektrofahrzeugs zu bestimmen. Ferner weist die Steckvorrichtung 1 eine Steuerung 22 auf, welche ausgebildet ist, die vier Aktuatoren basierend auf der Position derart anzusteuern, dass der Ladestecker 3 in die Ladesteckdose geführt wird.
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Um die Bewegung des Ladersteckers 3 gemäß den vier Bewegungsfreiheitsgraden durchzuführen, weist das Parallelkinematiksystem 5 eine erste Horizontalschiene 23, eine zweite Horizontalschiene 25, ein erstes Horizontalstabsystem 27, ein zweites Horizontalstabsystem 29, eine erste Vertikalschiene 31, eine zweite Vertikalschiene 33, ein erstes Vertikalstabsystem 35 und ein zweites Vertikalstabsystem 37 sowie eine Plattform 39 auf, an der der Ladestecker 3 befestigt ist. Dabei sind die erste Horizontalschiene 23 und die zweite Horizontalschiene 25 parallel zueinander und hintereinander auf dem ersten Teil 19 des Gestells 7 angebracht und fixiert. Die erste Vertikalschiene 31 und die zweite Vertikalschiene 33 sind parallel zueinander und nebeneinander auf dem ersten Teil 19, insbesondere einem Vertikalarm des ersten Teils 19 angebracht. Die erste Horizontalschiene 23 ist auf einem ersten Horizontalarm des ersten Teils 19 und die zweite Horizontalschiene 25 ist auf einem zweiten Horizontalarm des ersten Teils angebracht. Das erste Teil bildet im Wesentlichen eine Form eines (umgekehrten) „T“.
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Ein Ende 41 des ersten Horizontalstabsystems 27 ist verschiebbar und drehbar an der ersten Horizontalschiene 23 befestigt und ein anderes Ende 43 des ersten Horizontalstabsystems 27 ist drehbar an der Plattform 39 befestigt. Ein Ende 45 des zweiten Horizontalstabsystems 29 ist verschiebbar und drehbar an der zweiten Horizontalschiene 25 befestigt und ein anderes Ende 47 des zweiten Horizontalstabsystems 29 ist drehbar an der Plattform 39 befestigt. Ein Ende 49 des ersten Vertikalstabsystems 35 ist verschiebbar und drehbar an der ersten Vertikalschiene 31 befestigt und ein anderes Ende 51 des ersten Vertikalstabsystems 31 ist drehbar an der Plattform 39 befestigt. Ein Ende 53 des zweiten Vertikalstabsystems 37 ist verschiebbar und drehbar an der zweiten Vertikalschiene 33 befestigt und ein anderes Ende 55 des zweiten Vertikalstabsystems 37 ist drehbar an der Plattform 39 befestigt.
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Durch die Aktuatoren, insbesondere Linearmotoren, sind die Schienen 23, 25, 31, 33 umgreifende Hülsen 57 entlang jeweiliger Längsachsen der Schienen 23, 25, 31, 33 verschiebbar. Dadurch kann die Position/Orientierung des Ladesteckers 3 in vier Bewegungsfreiheitsgraden verändert werden. Zur drehbaren Kopplung der jeweiligen Stabsystemenden 41, 43, 45, 47, 49, 51, 53, 55 können nicht im Detail dargestellte Kugelgelenke 56 oder Kardangelenke 54 verwendet werden. Das erste Horizontalstabsystem 27 ist durch zwei parallele Stäbe gebildet und auch das zweite Horizontalstabsystem 29 ist durch zwei parallele Stäbe gebildet. Das Gestell kann eine erste Drehausrichtung in einem Winkelbereich von zum Beispiel 0° bis 90° erlauben. Die Drehbewegung des ersten Teils relativ zum zweiten Teil entspricht einer Klappbewegung des Parallelkinematiksystems von 0° bis 90°. Das Gestell kann die zweite Drehausrichtung in einem Bereich von zum Beispiel –60° bis +60° erlauben. Andere Werte sind möglich.
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3 illustriert das Parallelkinematiksystem 5 in einer schematischen perspektivischen Darstellung, wie es in dem in 1 und 2 illustrierten Stecksystem umfasst sein kann. Das Parallelkinematiksystem 5 kann zum Beispiel ähnlich oder gleich dem System „Kanuk“ aufgebaut sein, welches von Luc Rolland beschrieben wurde. Das Parallelkinematiksystem erlaubt genau vier Bewegungsfreiheitsgrade und benötigt lediglich vier unabhängig ansteuerbare Antriebselemente, etwa Linearmotoren. Die Linearmotoren bzw. Aktuatoren können für die anwendungsbezogenen Antriebskräfte, für die Wiederholgenauigkeit und für das Arbeitsraumvolumen abgestimmt werden. Die Antriebe können gestellfest vorgesehen sein, können eine geringe bewegte Masse haben und können ein geringes Gefährdungspotenzial mit geringem Materialeinsatz bereitstellen. Das Parallelkinematiksystem kann viele gleichartig oder baugleich beschaffene Einzelteile aufweisen, wodurch Kosten gespart werden können. Die Plattform 39 kann mit oder ohne Greifer ausgebildet sein. Zum Beispiel kann ein CCS DC-Connector-Typ 2 oder ein CCS AC-Connector-Typ 2 oder andere Ladestecker 3 an der Plattform befestigt werden.
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4 illustriert eine Ladesteckdose 59, in die gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung der Ladestecker 3 unter Benutzung der Steckvorrichtung 1 gesteckt werden kann. Die Ladesteckdose 59 weist eine bestimmte Orientierung bezüglich einer Längsachse (entlang Steckrichtung) der Ladesteckdose 59 auf, welche durch einen Winkel β charakterisiert werden kann. Der Winkel β kann zum Beispiel zwischen 0 und 180 Grad betragen. Gemäß Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Ladestecker 3 durch eine zweite Drehausrichtung, insbesondere durch entsprechende Verdrehung um die zweite Achse 13 für die Ladedose 59 passend ausgerichtet.
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5 illustriert ein Elektrofahrzeug 61 von hinten, welches auf der Beifahrerseite eine Ladedose installiert hat, deren Längsachse 63 um einen Winkel α von einer Horizontalen 65 abweicht. Um eine Längsachse 4 des Ladesteckers 3 entlang der Längsachse 63 der Ladedose auszurichten, kann eine erste Drehausrichtung, d.h. eine entsprechende Verdrehung um die erste Achse 11, mittels des Gestells 7 durchgeführt werden, um so ein Stecken des Ladesteckers in die Ladedose zu ermöglichen. Der Winkel α kann zum Beispiel zwischen 10 Grad und 45 Grad betragen.
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6 und 7 illustrieren in einer schematischen perspektivischen Darstellung ein Gestell 5, welches nicht ausgerichtet ist, bzw. welches durch Verschwenken um die erste Achse 11 und/oder um die zweite Achse 13 ausgerichtet wurde, um auf die Anordnung und Geometrie der Ladedose 59 angepasst zu werden, wie sie in 4 und 5 illustriert ist. Insbesondere können die beiden Winkel α und β die Orientierung der Ladedose 59 charakterisieren. Diese beiden Winkel können durch die erste Drehausrichtung und die zweite Drehausrichtung der Steckvorrichtung 1 fest eingestellt werden, da sie sich beim späteren Steckbetrieb nicht ändern.
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Das Stecken des Ladesteckers in die Ladedose kann dann durch eine Bewegung gemäß lediglich höchstens vier Bewegungsfreiheitsgraden durchgeführt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Elektrofahrzeug 61 in eine Garage von einem Fahrer gefahren und parkt automatisch ein. Danach wird automatisch oder durch den Benutzer die Steckvorrichtung 1 aktiviert, die an der Garageninnenwand montiert ist. Die Steckvorrichtung 1 bewegt sodann automatisch den Ladestecker 3 durch geeignetes Antreiben des Parallelkinematiksystems und führt den Ladestecker in die Ladesteckdose 59.
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8 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 67 zum Stecken eines elektrischen Ladesteckers in eine Ladesteckdose eines Elektrofahrzeugs. In einem Verfahrensschritt 69 wird mittels eines an einer Wand befestigten Gestells ein Parallelkinematiksystem, welches drei translatorische Bewegungsfreiheitsgrade und einen rotatorischen Bewegungsfreiheitsgrad erlaubt, um eine erste Achse gedreht, um eine erste Drehausrichtung zu erreichen. In einem Verfahrensschritt 71 wird das gemäß der ersten Drehausrichtung ausgerichtete Parallelkinematiksystem an dem Gestell fixiert. In einem Verfahrensschritt 73 wird ein an dem Parallelkinematiksystem angebrachter Ladestecker zumindest in einem der vier Bewegungsfreiheitsgrade zum Stecken in die Ladesteckdose bewegt.
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9 illustriert ein Verfahren 75 zum Montieren einer Vorrichtung zum Stecken eines elektrischen Ladesteckers in eine Ladesteckdose eines Elektrofahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In einem Verfahrensschritt 77 wird ein Gestell an einer Wand oder einem Pfosten oder einem Pfeiler angebracht. In einem Verfahrensschritt 79 wird ein Parallelkinematiksystem, welches drei translatorische Bewegungsfreiheitsgrade und einen rotatorischen Bewegungsfreiheitsgrad erlaubt, an dem Gestell angebracht, wobei ein Ladestecker an dem Parallelkinematiksystem derart angebracht ist, dass der Ladestecker in den vier Bewegungsfreiheitsgraden bewegt werden kann. In einem Verfahrensschritt 81 wird das Parallelkinematiksystem mittels des Gestells um eine erste Achse gedreht, um eine erste Drehausrichtung zu erreichen. In einem Verfahrensschritt 83 wird das gemäß der ersten Drehausrichtung ausgerichtete Parallelkinematiksystem fixiert, insbesondere an dem Gestell.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung zum Stecken eines elektrischen Ladesteckers in eine Ladesteckdose
- 3
- Ladestecker
- 4
- Längsachse des Ladesteckers
- 5
- Parallelkinematiksystem
- 7
- Gestell
- 9
- Wand
- 11
- Erste Achse
- 13
- Zweite Achse
- 15
- Basis
- 17
- Zweites Teil
- 19
- Erstes Teil
- x, y, z
- Translatorische Bewegungsfreiheitsgrade
- Ψ
- Rotatorischer Freiheitsgrad
- 21
- Kamera
- 22
- Steuerung
- 23
- Erste Horizontalschiene
- 25
- Zweite Horizontalschiene
- 27
- Erstes Horizontalstabsystem
- 29
- Zweites Horizontalstabsystem
- 31
- Erste Vertikalschiene
- 33
- Zweite Vertikalschiene
- 35
- Erstes Vertikalstabsystem
- 37
- Zweites Vertikalstabsystem
- 39
- Plattform
- 41, 43, 45, 47, 49, 51, 53, 55
- Stabenden
- 54
- Kardangelenk
- 56
- Kugelgelenk
- 57
- Hülsen
- 4
- Längsachse des Ladesteckers
- 59
- Ladesteckdose
- α, β
- Ausrichtungswinkel
- 61
- Elektrofahrzeug
- 63
- Längsachse der Ladesteckdose
- 65
- Horizontale
- 67
- Steckverfahren
- 69, 71, 73
- Verfahrensschritt
- 75
- Montageverfahren
- 77, 79, 81, 83
- Verfahrensschritte
