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Die Erfindung geht aus von einem Steckverbinder zum Laden der Akkumulatoren von elektrisch betriebenen mobilen Arbeitsmaschinen - insbesondere Flurförderzeugen nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1.
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Derartige Steckverbinder werden benötigt um Akkumulatoren von elektrisch betriebenen Fahrzeugen, so genannten Elektrofahrzeugen, insbesondere von elektrisch betriebenen, mobilen Arbeitsmaschinen zu laden.
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Stand der Technik
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Im Stand der Technik ist die Akkumulatorentechnik bekannt. Dabei wurden bisher Elektrofahrzeuge typischerweise mit Blei-Akkumulatoren bestückt um für verschiedenste Aufgaben Energie in Form von elektrischer Leistung zur Verfügung zu stellen. Bei den Aufgaben handelt es sich beispielsweise um die Traktion oder das Heben und/oder Senken eines zusätzlichen Verbrauchers.
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Nachteilig bei dem Einsatz der Blei-Akkumulatoren ist, dass sie nur sehr geringe Energie- und Leistungsdichten aufweisen, in Verbindung mit einer großen Masse, sperrigen Volumina und langen Ladezeiten. Die hohe Masse ist durch die Verwendung von Blei als Trägersubstanz bedingt. Ferner ist der Einsatz von Blei-Akkumulatoren mit einem hohen Risiko für den Anwender verbunden, denn neben einer teuren Produktion und einer regelmäßigen Wartung entstehen beim Laden des Akkumulators explosive Gase, so genannte Knallgase. Zusätzlich ist die Handhabung des Elektrolyts, in den meisten Fällen Schwefelsäure, bei Blei-Akkumulatoren kritisch, vor allem beim Bewegen, Neigen oder Kippen des Geräts mit dem darin aufgenommenen Akkumulator.
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Die Verwendung von Lithium-Ionen-Akkumulatoren ist ebenfalls im Stand der Technik bekannt. Diese werden standardmäßig im Bereich der E-Mobility eingesetzt.
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Aufgabenstellung
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Steckverbinder zum Laden der Akkumulatoren von elektrisch betriebenen mobilen Arbeitsmaschinen - insbesondere Flurförderzeugen vorzuschlagen.
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Aufgrund des Technologiewechsels im Bereich der elektrischen mobilen Arbeitsmaschinen von Blei- Akkumulatoren zu den im E-Mobility verbreiteten Li+ Akkus werden neue Anforderungen an die elektrische Verbindung gestellt, denen durch erfinderische Kombination von existierenden Ladestecker genüge getragen werden.
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Die Anforderungen an den Steckverbinder sind:
- Imax = 500 A (Höhere Leistungsdichten -> höhere Ladeströme)
- Umax = 500 V (größere Zellendichte)
- Steckzyklen > 15.000 (Zwischenladen)
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Eine höhere Leistungsdichte ermöglicht höhere Ladeströme, welche jedoch eine Begrenzung des maximalen Stromes auf 500A erfordern. Ferner wird eine höhere Zelldichte erzielt, wenn die maximale Spannung 500V beträgt.
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Ein weiteres Kriterium für den erfindungsgemäßen Steckverbinder ist, dass jener mehr als 15.000 Steckzyklen verträgt.
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Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die Erfindung betrifft einen Steckverbinder, insbesondere zum Laden von elektrisch betriebenen mobilen Arbeitsmaschinen, insbesondere von Flurförderfahrzeugen. Dabei ist die Kontur des Steckverbinders relativ zur Steck- und Zugrichtung in einem Winkel größer 0° und kleiner 90° bananenförmig nach unten gekrümmt. Die Außenkontur im Krümmungsbereich dient als Grifffläche zur Betätigung des Steckverbinders durch den Bediener und das Steckgesicht weist eine rechteckige Form auf.
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Der erfindungsgemäße Steckverbinder reduziert die Anzahl der Bauteile zum Laden eines Elektrofahrzeuges. Es sind nur zwei Bestandteile notwendig. Der Steckverbinder an sich mit einer angeschlossenen Leitung zum Ladegerät sowie einer Ladebuchse in Form eines Gegensteckverbinders am zu ladenden Fahrzeug. Dadurch entfällt ein Trennen zwischen Batterie und Fahrzeug vor dem Laden.
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Die bananenförmige Kontur des Steckverbinders ist ergonomisch vorteilhaft für den Anwender ausgestaltet, was wiederum die Handhabung für einen Anwender angenehmer gestaltet, da eine Verwendung ohne ein Verbiegen der Hand oder eines sonstigen Köperteils möglich ist.
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Bei den bisherigen Steckverbindern im Bereich der Elektromobilität stellte sich in der Praxis heraus, dass die bisherige Form des Steckverbinders einen für den Benutzer ungünstigen Winkel aufwies. Zudem stellte sich die bisherige Bauform des Steckverbinders als „sperrig“ für die Platzverhältnisse heraus und „suggerierte“ dem Benutzer nicht die Funktion des Batterieladens.
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Zudem wurde der Griff bisher nur ein optionales Zubehörteil betrachtet. Dies führte in vielen Fällen dazu, dass das Trennen der elektrischen Verbindung durch Ziehen an den elektrischen Leitungen erfolgt, denn in diesem Fall verhinderten die Winkelverhältnisse ein Verkanten. Dies ist allerdings unerwünscht, denn die Zugentlastung der elektrischen Leitungen ist nicht für solche fortwährenden Belastungen ausgelegt. In der Folge führt dies zu einem vorzeitigen Verschleiß der Steckvorrichtung.
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Um die Handhabung noch besser zu gestalten ist der Bereich der Krümmung zudem als Grifffläche ausgestaltet. Diese Grifffläche vereinfacht die Betätigung des Steckverbinders durch den Anwender. Unter der Betätigung ist das Stecken und Ziehen des Steckverbinders zu verstehen.
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Weiterhin erweckt die bananenförmige Kontur beim Anwender den Eindruck einen marktüblichen Elektro-Ladesteckverbinder in der Hand zu halten, da die Ergonomie sowie die Haptik nur optimiert wurde.
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Die rechteckige Ausgestaltung des Steckgesichts ermöglicht eine optimale Aufteilung notwendiger Hauptkontakte und/oder Hilfskontakte und/oder Kodiervorrichtungen. Zudem ist das rechteckige Steckgesicht aus dem Bereich der schweren Steckverbinder bekannt, welche bisher für Steckvorrichtungen im Bereich der elektrischen Flurförderfahrzeuge, beispielweise entsprechend der DIN 43589, eingesetzt wurden.
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Das Steckgesicht weist idealerweise abgerundete Ecken, insbesondere stark abgerundete Ecken auf, damit ein Verbinden mit einem Gegensteckverbinder leichter möglich ist. Zudem minimieren abgerundete Ecken das Verletzungsrisiko des Anwenders.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Steckverbinder mindestens einen Hauptkontakt, vorzugsweise jedoch zwei Hauptkontakte, sowie mindestens einen Hilfskontakt, vorzugsweise jedoch sechs Hilfskontakte, zur Übertragung von Leistung und/oder Signalen und/oder Daten auf. Es ist auch jede andere Anzahl und Kombination an Hauptkontakten und Hilfskontakten möglich, beispielsweise eins, zwei, drei oder jede andere ganzzahlige, natürliche Zahl größer Null.
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Bei dem mindestens einen Hilfskontakt handelt es sich um einen Signal- und/oder Datenkontakt. Die Kontakte bestehen vorzugsweise aus dem Material Kupfer gemäß der DIN EN 13599:2002, können aber auch aus einer Kupfer-Knetlegierung bestehen.
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Durch die Anordnung des mindestens einen Hauptkontakts und des mindestens einen Hilfskontakts, welche in das Steckgesicht und damit in das Gehäuse des Steckverbinders integriert sind, ergibt sich eine erste Kodierung.
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Vorteilhafterweise ist eine Hybridleitung zur Übertragung von Leistung und/oder Signalen und/oder Daten an den Steckverbinder anschließbar. Die Verwendung einer Hybridleitung ist im Bereich der Elektromobilität bekannt. Eine Hybridleitung bietet den Vorteil, dass zeitgleich verschiedene Informationen an den Steckverbinder und damit auch an das zu ladende Fahrzeug übertragen werden können. Idealerweise weist die Hybridleitung einen Querschnitt von maximal zweimal 120mm2 für die Hauptkontakte und von maximal sechsmal 1,5mm2 für die Hilfskontakte auf. Werden für die Leitungen Aluminiumleitungen verwendet, können diese unter Berücksichtigung eines Deratings, zum Beispiel einer Reduzierung der Strombelastbarkeit, beispielsweise im Schweißverfahren verbunden werden.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weist der Steckverbinder ein Schaltelement zur Unterbrechung der Leistungsübertragung sowie zur Verriegelung und Entriegelung auf. Durch das Schaltelement wird ein Stecken und Ziehen unter Last verhindert. Dies minimiert das Risiko für den Anwender. Bei dem Schaltelement handelt es sich beispielsweise um einen Betätiger am Steckverbinder oder ein elektronisches Bauteil oder etwas Ähnliches, was eine Verriegelung ermöglicht beziehungsweise eine Entriegelung unter Last verhindert. Folglich wirkt das Schaltelement analog einem Verriegelungsmittel.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Steckverbinder zu dem eine Kodiervorrichtung für den Betrieb in verschiedenen Spannungsbereichen auf. Die Kodiervorrichtung kann in Form von Kodierstiften und/oder Ausnehmungen und/oder Anformungen erfolgen. Die Kodiervorrichtung verhindert ein Zusammenstecken von Steckverbindern unterschiedlicher Spannungsbereiche und erhöht folglich die Sicherheit für den Anwender.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass der Steckverbinder mindestens eine stromführende Feder zur Kontaktierung aufweist. Bei dieser Feder kann es sich beispielsweise um eine sogenannte Bal Seal Feder handeln. Bei einer Bal Seal Feder handelt es sich um eine schräggewickelte Feder, welche unter anderem für elektrische Kontaktanwendungen eingesetzt werden. Durch die geringe Größe und die vielen einzelnen Spiralen sind die Federn für eine breite Vielfalt elektrischer Kontaktgestaltungen mit einer Höchstzahl an Kontaktpunkten zur optimalen Stromübertragungsfähigkeit. Kontakt- und Oberflächenunregelmäßigkeiten werden durch die sich einzeln verformenden Spiralen kompensiert, sodass auch größere Toleranzen zwischen Kontaktpaaren toleriert werden können. Zudem bieten die Federn auf Grund ihrer Ausgestaltung als sogenannte Mehrpunktkontakte eine hohe Leistungsdichte und eine hohe Lebensdauer.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weist der Steckverbinder mindestens zwei Federn auf, welche hintereinanderliegend angeordnet sind. Diese Anordnung ermöglicht eine Vergrößerung der Kontaktflächen.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung des mindestens einen Hauptkontakts und des mindestens einen Hilfskontakts sieht vor, dass jene einen Korrosionsschutz aufweisen. Bei dem Korrosionsschutz handelt es sich bevorzugter Weise um eine Silberbeschichtung. Idealerweise ist es eine Silberbeschichtung mit einer Schichtdicke von 6µm. Eine bevorzugte Variante dieser Ausgestaltung sieht zudem die Passivierung der Silberbeschichtung zur Erhöhung des Korrosionsschutzes vor. Durch den Korrosionsschutz wird die Lebensdauer der Kontakte und damit des gesamten Steckverbinders erhöht.
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In einer besonderen Ausgestaltung werden der Steckverbinder und die Hybridleitung umspritzt, sodass der Steckverbinder und die Leitung eine unlösbare Einheit bieten, was den Schutz des Anwenders weiter erhöht.
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Ausführungsbeispiel
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert. Es zeigen:
- 1a eine Seitenansicht aus dem Stand der Technik
- 1b eine Aufsicht aus dem Stand der Technik
- 2 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Steckverbinders
- 3 eine Frontansicht eines erfindungsgemäßen Steckverbinders
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Die Figuren enthalten teilweise vereinfachte, schematische Darstellungen. Zum Teil werden für gleiche, aber gegebenenfalls nicht identische Elemente identische Bezugszeichen verwendet. Verschiedene Ansichten gleicher Elemente könnten unterschiedlich skaliert sein.
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Die 1a und 1b zeigen eine Seitenansicht und eine Aufsicht eines Steckverbinders, insbesondere eines Ladesteckverbinders für Elektrofahrzeuge, aus dem Stand der Technik.
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Dabei zeigt die 1a eine Seitenansicht in schematischer Darstellung. Das Gehäuse 2' ist insgesamt als Quader ausgeführt. Innerhalb des Gehäuses 2' sind zwei Hauptkontakte 4' angeordnet. Jeder der beiden Hauptkontakte 4' wird durch eine eigene elektrische Leitung 3' versorgt. Aufgrund der Seitenansicht ist in der 1a jedoch nur einer der beiden Hauptkontakte 4' und nur eine der beiden elektrischen Leitungen 3' zu erkennen. Die Lage der beiden Hauptkontakte 4' und der beiden elektrischen Leitungen 3' ist in der 1b gezeigt. Die Verwendung von reinen elektrischen Leitungen setzt einen weiteren Steckverbinder zur Übertragung von Signalen und/oder Daten voraus, was die Handhabung und auch die Produktion erschwert und die Kosten für Produktion und Anwender erhöht.
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Der Verlauf der elektrischen Leitungen 3' senkrecht aus dem Gehäuse 2' heraus birgt die Gefahr des Abknickens der elektrischen Leitung 3', was wiederum den Verschleiß des Steckverbinders erhöht. Das Risiko des Abknickens der elektrischen Leitung 3' besteht vorrangig in der gesteckten Position des Steckverbinders 1', da sich hier die Leitung 3' auf Grund ihres Eigengewichts und der wirkenden Schwerkraft nach unten verbiegt.
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Auf der den Hauptkontakten 4' gegenüberliegenden Seite ist an das Gehäuse 2' ein Griff 2" angeformt. Der Griff 2" weist durch seine gewinkelte Form in Richtung der Zugrichtung Z des Steckverbinders 1'. Diese Winkelung ist jedoch für die Handhabung des Anwenders nicht sinnvoll, da der Anwender für diese Bewegung seine Hand und seinen Arm in eine unnatürliche Position verbiegen muss. Dadurch kann der Anwender aber weniger Kraft aufbringen, wodurch das Lösen der Steckverbindung weiter erschwert wird.
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Die 1b zeigt eine Aufsicht des Steckverbinders 1' aus der 1a. In dieser Ansicht wird deutlich, dass die Zugrichtung Z für einen Anwender einfacher durch Ziehen an den elektrischen Leitungen 3' erreicht wird, als durch Ziehen am Griff 2". Denn wenn der Anwender an der elektrischen Leitung 3' zieht, ist zum einen die Handhaltung angenehmer, sodass mehr Kraft aufgebracht werden kann und zum anderen ist die Bewegungsrichtung zum Ziehen der Richtung identisch mit der Steckrichtung der Hauptkontakte 4'.
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Diese 1b zeigt die parallele Anordnung der elektrischen Leitungen 3' und daraus resultierend der Hauptkontakte 4'. Zieht ein Anwender nun zum Lösen des Steckverbinders 1' an den elektrischen Leitungen 3', so zieht er auch an den Hauptkontakten 4'. Ob dieses unter Last geschieht oder nicht, kann nicht verhindert werden.
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Die 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Steckverbinder 1 in einer Seitenansicht. In dieser Ansicht ist die bananenförmige Kontur des Gehäuses 2 zu sehen. Diese Kontur ermöglicht eine ergonomisch sinnvolle Handhabung des Steckverbinders 1 für einen Anwender.
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In dem Gehäuse 2 sind zwei Hauptkontakte 4 und sechs Hilfskontakte 5 angeordnet. Diese sind in der 3 dargestellt, da sie in der 2 aufgrund der Perspektive nicht alle erkennbar sind.
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Die Kontakte 4 und 5 werden mittels einer Hybridleitung 3 versorgt. Die Bananenkontur des Steckverbinders 1 ermöglicht ein leitungsschonendes Führen der Hybridleitung 3 von den Kontakten 4 und 5 zum Kabelausgang am Steckverbinder 1. Die Hybridleitung 3 wird folglich knickfrei und reibungsfrei geführt. Ferner veranlasst sie durch den abwärts geneigten, annährend senkrecht zur Zugrichtung Z angeordneten Verlauf keinen Anwender dazu diese als Mittel zum Lösen des Steckverbinders 1 zu nutzen.
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Der Steckverbinder 1 weist weiterhin ein Schaltelement 6 auf, welches zur Verriegelung und zur Entriegelung vom Anwender betätigbar ist. Das Schaltelement 6 verhindert ein Stecken und/oder ein Ziehen unter Last.
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Die 3 zeigt das Steckgesicht des erfindungsgemäßen Steckverbinders 1. Dieses ist annährend rechteckig ausgeführt, wobei die Ecken des Rechtecks abgerundet sind. Das Schaltelement 6 ist auf der dem Kabelausgang gegenüberliegenden Seite im Bereich des Steckgesichts angeordnet.
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Die beiden Hauptkontakte 4 sind rechts und links des Mittelpunkts des Rechtsecks angeordnet. Im Mittelpunkt des Rechtecks ist in diesem Ausführungsbeispiel eine Kodiervorrichtung 7 angeordnet. Diese ist hier in Form eines Sechskant-Kodierstifts ausgebildet, aber auch andere Formen (rund, dreieckig, quadratisch, vieleckig) und Anzahlen (eins, zwei, drei oder eine andere natürliche Zahl ungleich Null) sind für die Kodiervorrichtung 7 denkbar. Hilfskontakte 5 sind hier sechs im Steckgesicht angeordnet. Dabei handelt es sich um Signal- und/oder Datenkontakte. Die sechs Hilfskontakte 5 sind halbkreisförmig um die Kodiervorrichtung 7 zwischen den beiden Hauptkontakten 4 angeordnet. Andere Anordnung sind ebenfalls möglich.
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Auch wenn in den Figuren verschiedene Aspekte oder Merkmale der Erfindung jeweils in Kombination gezeigt sind, ist für den Fachmann - soweit nicht anders angegeben - ersichtlich, dass die dargestellten und diskutierten Kombinationen nicht die einzig möglichen sind. Insbesondere können einander entsprechende Einheiten oder Merkmalskomplexe aus unterschiedlichen Ausführungsbeispielen miteinander ausgetauscht werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Steckverbinder
- 1'
- Steckverbinder
- 2
- Gehäuse
- 2'
- Gehäuse
- 2"
- Griff
- 3
- Hybridleitung
- 3'
- elektrische Leitung
- 4
- Hauptkontakt
- 4'
- Hauptkontakt
- 5
- Hilfskontakt
- 6
- Schaltelement
- 7
- Kodiervorrichtung
- Z
- Zugrichtung
