DE102018111008B3

DE102018111008B3 - Ladeeinrichtung

Info

Publication number: DE102018111008B3
Application number: DE102018111008.1A
Authority: DE
Inventors: Albrecht Hoene; Norbert Settele; Tobias Ortmaier; Jens Kotlarski; Matthias Dagen
Original assignee: KUKA Deutschland GmbH
Current assignee: KUKA Deutschland GmbH
Priority date: 2018-05-08
Filing date: 2018-05-08
Publication date: 2019-06-19
Anticipated expiration: 2038-05-09
Also published as: WO2019214935A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ladeeinrichtung (1) mit einem Ladestecker (2) zur Verbindung mit einem Ladeanschluss (3) eines Fahrzeugs (4). Die Ladeeinrichtung (1) umfasst eine Bewegungsvorrichtung (5), die dazu ausgebildet ist, den Ladestecker (2) teil- oder vollautomatisiert zu bewegen und mit dem Ladeanschluss (3) zu verbinden. Die Bewegungsvorrichtung (5) ist in einem MRK-beschränkten Bewegungsmodus mit beschränkter Dynamik und/oder beschränkter Kraft sowie in einem unbeschränkten Bewegungsmodus betreibbar. An dem Ladestecker (2) ist eine Schutzeinrichtung (12) mit mindestens einem berührungssensiblen und beweglichen Kontaktkörper (13) angeordnet. Die Bewegungsvorrichtung (5) ist in Abhängigkeit von der Schutzeinrichtung (12) steuerbar. Insbesondere ist ein Umschalten von dem MRK-beschränkten Bewegungsmodus in den unbeschränkten Bewegungsmodus auf Basis des Zustands der Schutzeinrichtung (12) freigebbar oder verhinderbar.Die zur Veröffentlichung mit der Zusammenfassung vorgesehene Figur ist Figur 1.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ladetechnik für elektrische Fahrzeuge, insbesondere einen Ladestecker, eine Ladeeinrichtung mit einem teil- oder vollautomatisch führbaren Ladestecker sowie ein Ladevorbereitungsverfahren.
In der Praxis ist es bekannt, Fahrzeuge mit einem elektrischen Antriebsenergiespeicher auszustatten, der einen erheblichen Teil oder die vollständige Energie für den Fahrantrieb des Fahrzeugs bereitstellt. Derartige Fahrzeuge werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung als Elektrofahrzeuge oder Hybridfahrzeuge bezeichnet.
Weiterhin sind autonome und hochautomatisierte Fahrzeugführungssysteme in der Entwicklung und teilweise in der Praxis eingeführt, durch die Fahrzeuge mit oder ohne Passagiere in den Bereich einer elektrischen Ladestation bewegbar sind. Das Laden eines Fahrzeugs bezeichnet in der vorliegenden Offenbarung das Übertragen von elektrischer Energie in den elektrischen Antriebsenergiespeicher des Fahrzeugs.
Aus DE 10 2017 009 237 Al ist eine Ladevorrichtung zum autonomen Laden eines Transportmittels sowie ein Verfahren zum Betreiben der Ladevorrichtung bekannt.
DE 10 2016 014 463 A1 offenbart ein Verfahren zum Versorgen eines Kraftfahrzeugs mittels eines Robotersystems mit einem mobilen Roboter und einem geführtem Verbindungsmittel.
Aus DE 10 2012 216 980 A1 ist eine Roboterladestation zum Aufladen einer Batterie eines Elektrofahrzeugs bekannt.
DE 10 2012 014 936 A1 offenbart auch ein Ladesystem zum elektrischen Aufladen eines Kraftfahrzeugs.
Auch aus US 9 056 555 B1 und US 7 999 506 B1 sind Robotervorrichtungen zum Laden eines Elektrofahrzeugs bekannt.
Die Ladetechnik gemäß der vorliegenden Offenbarung strebt an, eine Vorrichtung und ein Verfahren aufzuzeigen, durch die ein elektrischer Ladevorgang für ein Fahrzeug möglichst ohne menschliche Beteiligung eingeleitet und/oder durchgeführt werden kann, wobei die Ladetechnik eine Sicherungstechnik aufweist, um Verletzungen im Falle eines unerwarteten Zugriffs von außen oder einer Störung zu vermeiden.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Merkmale der eigenständigen Ansprüche.
Die vorliegende Offenbarung umfasst eine Ladeeinrichtung mit einem Ladestecker zur Verbindung mit einem Ladeanschluss eines Fahrzeugs. Der Ladeanschluss kann eine Ladebuchse sein, die üblicher Weise im Seitenbereich der Karosserie angeordnet ist. Das Fahrzeug kann ein insbesondere ein teilweise oder vollständig elektrisch angetriebener Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen sein. Das Fahrzeug kann zwei, vier oder mehr Räder aufweisen.
Die Ladeeinrichtung umfasst eine Bewegungsvorrichtung, die dazu ausgebildet ist, den Ladestecker teil- oder vollautomatisiert zu bewegen und mit dem Ladeanschluss zu verbinden. Die Bewegungsvorrichtung ist in einem MRK-beschränkten Bewegungsmodus mit beschränkter Dynamik und/oder beschränkter Kraft sowie in einem unbeschränkten Bewegungsmodus betreibbar. An dem Ladestecker ist eine Schutzeinrichtung mit mindestens einem berührungssensiblen und beweglichen Kontaktkörper angeordnet. Die Bewegungsvorrichtung ist in Abhängigkeit von der Schutzeinrichtung steuerbar. Insbesondere ist ein Umschalten von dem MRK-beschränkten Bewegungsmodus in dem unbeschränkten Bewegungsmodus auf Basis eines Zustands der Schutzreinrichtung freigebbar oder verhinderbar.
Die Abkürzung „MRK“ steht für Mensch-Roboter-Kooperation und insbesondere Mensch-Roboter-Kollaboration und ist ein im Bereich der Automatisierungstechnik etablierter Begriff. Welche Anforderungen an eine MRK-konforme Bewegung und die entsprechende Ausbildung einer Bewegungsvorrichtung zu stellen sind, ist beispielsweise der technischen Spezifikation ISO/TS 15066 oder der Norm EN ISO 10218-1,2 zu entnehmen.
Ein Ladestecker gemäß der vorliegenden Offenbarung ist zur Verbindung mit einem Ladeanschluss eines Fahrzeugs mittels einer Fügebewegung vorgesehen. Der Ladestecker ist mit einem Fußbereich an einem Steckergehäuse angeordnet. Von dem Fußbereich aus erstreckt sich eine Führungswandung in Richtung der vorgesehenen Fügebewegung. An der Führungswandung ist eine Umfangsseite gebildet, die entsprechend im Wesentlichen parallel zur Richtung der Fügebewegung verläuft. An der Stirnseite der Führungswandung ist bevorzugt ein Öffnungsbereich zu mindestens einem elektrischen Kontakt des Ladesteckers vorgesehen. Der Ladestecker weist die vorerwähnte Schutzeinrichtung mit mindestens einem berührungssensiblen und beweglichen Kontaktkörper auf. In Abhängigkeit von der Schutzreinrichtung ist ein sicherheitsrelevanter Zustand feststellbar, insbesondere in Zustand, der auf einen äußeren Zugriff auf den Ladestecker und insbesondere dessen Umfangsseite oder Öffnungsbereich schließen lässt. Insbesondere kann auf ein Einklemmen geschlossen werden.
Die vorliegende Offenbarung umfasst weiterhin ein Ladevorbereitungsverfahren zur teil- oder vollautomatischen Verbindung eines Ladesteckers mit einem Ladeanschluss an einem Fahrzeug. Das Ladevorbereitungsverfahren macht von der Ladeeinrichtung und/oder dem Ladestecker gemäß der vorliegenden Offenbarung Gebrauch. Es umfasst zumindest die folgenden Schritte.
Der Ladestecker wird mittels einer Bewegungsvorrichtung voll- oder teilautomatisch bewegt, wobei die Bewegungsvorrichtung in einem MRK-beschränkten Bewegungsmodus betrieben wird. Die Bewegung im MRK-beschränkten Bewegungsmodus ist bevorzugt eine Vorpositionierbewegung, durch die der Ladestecker relativ zu dem Ladeanschluss positioniert und ausgerichtet wird, insbesondere derart, dass er durch eine einzige und bevorzugt lineare Fügebewegung mit dem Ladeanschluss verbindbar ist.
Es wird ein Zustand der Schutzvorrichtung am Ladestecker erfasst. In Abhängigkeit von dem Zustand der Schutzvorrichtung wird die Bewegungsvorrichtung in einen unbeschränkten Bewegungsmodus umgeschaltet. Das Umschalten erfolgt insbesondere wenn und insbesondere nur wenn und/oder nur solange kein sicherheitsrelevanter Zustand erfasst ist.
Die Bewegungsvorrichtung wird im unbeschränkten Bewegungsmodus betätigt, um den Ladestecker in einer Fügebewegung mit dem Ladeanschluss zu verbinden. Die Fügebewegung ist bevorzugt eine einfache und kurze Bewegung, insbesondere eine lineare oder allenfalls leicht gekrümmte Steckbewegung. Die Fügebewegung wird bevorzugt nur nach einer erfolgreichen Vorpositionierung des Ladesteckers ausgeführt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung wird die Fügebewegung in Abhängigkeit von einem Zustand der Schutzvorrichtung ausgeführt und insbesondere unterbrochen, wenn durch die Schutzvorrichtung ein sicherheitsrelevanter Zustand erfasst ist. Alternativ oder zusätzlich können bei und/oder während Erfassung eines sicherheitsrelevanten Zustands andere Sicherheitsmaßnahmen ausgeführt werden. Beispielsweise kann eine Signalisierung erfolgen, um auf den sicherheitsrelevanten Zustand aufmerksam zu machen, bspw. durch Hupen oder andere akustische und/oder visuelle Signale.
Im MRK-beschränkten Bewegungsmodus sind die maximal von der Bewegungsvorrichtung nach außen wirksamen Kräfte und Momente derart beschränkt, dass Verletzungen eines Menschen durch die Bewegungsvorrichtung und/oder den bewegten Ladestecker ausgeschlossen oder mit hoher Wahrscheinlichkeit auf ein unbedenkliches Maß beschränkt werden. Durch den MRK-beschränkten Bewegungsmodus wird somit ein wirksamer Schutz für Menschen erreicht, die sich etwaig unerwartet in der Umgebung befinden und ggf. von außen auf die Bewegungsvorrichtung, den Ladestecker oder einen Freiraum zwischen dem Ladestecker und dem Ladeanschluss zugreifen.
Zur Durchführung der Fügebewegung, insbesondere zum mechanischen Verbinden des Ladesteckers mit dem Ladeanschluss sind jedoch unter Umständen Kräfte (einschließlich Momente) oder eine Dynamik (Bewegungsgeschwindigkeit/Bewegungsimpuls etc.) notwendig, die deutlich oberhalb der für einen MRK-Betrieb zulässigen Grenzwerte liegen.
Durch die Ladetechnik gemäß der vorliegenden Offenbarung und insbesondere die Verwendung der Schutzvorrichtung an dem Ladestecker wird eine einfache, kostengünstige und sichere Schutzfunktion ermöglicht, die insbesondere einen wirksamen Berührungs- oder Klemmschutz gewährleistet.
Außerhalb des Fügevorgangs, d.h. insbesondere während der Vorpositionierung wird eine Bewegung mit niedriger und hinsichtlich des Verletzungsrisikos sicherer Antriebsenergie / Antriebskräfte bzw. einer sicheren Antriebssteuerung ausgeführt, insbesondere derart, dass eine Überschreitung der Kraft-Grenzwerte ausgeschlossen ist. Wenn nach Abschluss der Vorpositionierung kein sicherheitsrelevanter Zustand erfasst wird und insbesondere der Zustand der Schutzvorrichtung nicht darauf schließen lässt, dass ein externer Zugriff auf den Ladestecker und/oder die Umgebung des Ladesteckers in Richtung der Fügebewegung vorliegt, kann die Bewegungsvorrichtung in den unbeschränkten Bewegungsmodus umgeschaltet werden. In diesem Bewegungsmodus ist ein Betrieb der Bewegungsvorrichtung mit deutlich höherer Antriebsenergie / Antriebskräften bzw. mit unbeschränkter Antriebssteuerung zugelassen und/oder es sind bestimmte Antriebe oder Vorrichtungsteile der Bewegungsvorrichtung, insbesondere speziell für die Fügebewegung vorgesehene Antriebe oder Teilvorrichtungen für den Betrieb freigegeben, die infolge ihrer maximal wirksamen Kräfte, Momente, Dynamik etc. nicht die Grenzwerte für einen MRK-tauglichen Betrieb einhalten.
Die Fügebewegung ist bevorzugt auf eine Minimalbewegung begrenzt, die für das in Kontakt bringen und sichere Verbinden von Ladestecker und Ladeanschluss notwendig ist. Die Fügebewegung kann insbesondere auf eine lineare Steckbewegung beschränkt sein, deren Bewegungslänge der Überlappungslänge von Ladestecker und Ladeanschluss im sicher verbundenen Zustand entspricht, ggf. zzgl. eines Toleranzabstands, der vor Einleitung der Fügebewegung zwischen dem Öffnungsbereich des Ladesteckers und einer äußeren Grenzkontur des Ladeanschlusses freibleiben kann. Diese Länge beträgt bevorzugt weniger als 5 cm, insbesondere weniger als 1 cm.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der nachfolgenden Figurenbeschreibung sowie den beigeführten Zeichnungen angegeben.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft und schematisch dargestellt. Es zeigen:

1: eine schematische Seitenansicht einer Ladeeinrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung, wobei der Ladestecker für die Durchführung einer Fügebewegung relativ zu einem Ladeanschluss vorpositioniert ist;
2: eine perspektivische Darstellung eines Ladesteckers (2) gemäß der vorliegenden Offenbarung mit einer Schutzeinrichtung in einer bevorzugten Ausführungsvariante;
3: einen Ladestecker analog zu 2 mit einer anderen Ausführungsvariante einer Schutzeinrichtung;
4 und 5: schematische Schnittdarstellungen eines Ladesteckers und eines Ladeanschlusses mit weiteren Ausführungsvarianten einer Schutzeinrichtung.

1 zeigt eine Ladeeinrichtung (1) gemäß der vorliegenden Offenbarung am Ende einer Vorpositionierung des Ladesteckers (2). Die Ladeeinrichtung (1) weist eine Bewegungsvorrichtung (5) auf, die zumindest einen MRK-beschränkten Bewegungsmodus und einen unbeschränkten Bewegungsmodus aufweist. Die Bewegungsvorrichtung (5) kann im Übrigen eine beliebige Ausbildung haben.
Die Bewegungsvorrichtung (5) kann beispielsweise eine Tragvorrichtung (7) und einen Endeffektor (10) umfassen. Die Tragvorrichtung (7) kann beispielsweise durch einen Industrieroboter, insbesondere einen MRK-tauglichen Leichtbauroboter gebildet sein. Der Roboter kann bevorzugt mindestens drei Bewegungsachsen, insbesondere drei lineare Bewegungsachsen aufweisen, um einen Ladestecker zumindest in horizontaler Richtung und in vertikaler Richtung relativ zu einem Ladeanschluss (3) eines Fahrzeugs (4) zu positionieren. Alternativ oder zusätzlich kann der Roboter weitere Bewegungsachsen aufweisen, um den Ladestecker (2) relativ zu dem Ladeanschluss (3) auszurichten, insbesondere sodass die jeweils miteinander zu verbindenden elektrischen Kontakte (21) an Ladestecker (2) und Ladeanschluss (3) koaxial zueinander ausgerichtet sind.
Wiederum alternativ oder zusätzlich kann die Bewegungsvorrichtung (5) separate Antriebe und/oder Ausrichtmittel umfassen, die für eine Feinpositionierung und/oder Ausrichtung bzw. Feinausrichtung des Ladesteckers (2) gegenüber einem Ladeanschluss (3) vorgesehen und ausgebildet sind. In dem Beispiel von 1 ist ein Endeffektor (10) vorgesehen, der über einen Aufnahmeflansch (15) mit einer Tragvorrichtung (7) verbunden ist. An dem Endeffektor (10) sind eine Neigevorrichtung (9) und eine Fügevorrichtung (6) angeordnet. Durch die Neigevorrichtung (9) können der Ladestecker (2) und insbesondere dessen elektrische Kontakte (21) kollinear oder in sonstiger Weise geeignet zu dem Ladeanschluss (3) ausgerichtet werden. Der Ladeanschluss (3) kann dabei fahrzeugspezifisch ausgebildet und positioniert und/oder orientiert sein. Durch die Fügevorrichtung (6) kann eine im Wesentlichen lineare Fügebewegung (X) ausgeführt werden. Zumindest die Fügevorrichtung (6) bzw. ein Linearantrieb der Fügevorrichtung (6) kann mit einer Antriebsenergie bzw. Antriebssteuerung betrieben werden, die Kräfte, Momente, Geschwindigkeiten, Impulse etc. zumindest im Bereich des Ladesteckers (2) bewirkt, welche oberhalb und insbesondere deutlich oberhalb der für einen MRK-Betrieb vorgesehen Grenzwerte liegen, insbesondere oberhalb der sicheren Kraft-Grenzwerte.
Die Bewegungsvorrichtung (5) und insbesondere der Endeffektor (10) kann ein Vision-System (11) aufweisen, um eine Position und/oder Ausrichtung eines Ladeanschlusses (3) an einem Fahrzeug (4) zu ermitteln. Alternativ kann die Ladeeinrichtung ein beliebiges anderes Detektionsmittel aufweisen, um die Position und/oder Lage eines Ladeanschlusses (3) zu ermitteln. Wiederum alternativ kann die Ladeeinrichtung (1) eine Position und/oder Ausrichtung eines Ladeanschlusses (3) an einem Fahrzeug (4) von einer externen Quelle beziehen, beispielsweise von einer separat angeordneten Detektionsvorrichtung oder einer Fernsteuerung.
Der Ladestecker (2) ist über ein Steckergehäuse (22) mit der Bewegungsvorrichtung (5) und insbesondere dem Endeffektor (10) verbunden. Das Steckergehäuse (22) kann eine beliebige Ausbildung haben. In dem Beispiel von 1 weist das Steckergehäuse (22) einen Anschluss für eine elektrische Zuleitung (16) und einen Handgriff (30) als optionale Elemente auf. Darüber hinaus können an dem Steckergehäuse (22) zusätzliche Vorrichtungen angeordnet sein, die das Verbinden des Ladesteckers (2) mit dem Ladeanschluss (3) ermöglichen oder unterstützen, beispielsweise ein Rüttelantrieb und/oder eine Schmier- oder Gleitvorrichtung und/oder eine Heiz- oder Abtauvorrichtung.
Wenn vor oder während der Fügebewegung (X) ein externer Zugriff erfolgt, insbesondere im Bereich des Ladesteckers (2) oder zwischen dem Ladestecker (2) und dem Ladeanschluss (3) könnte durch die hinsichtlich Kraft und/oder Dynamik unbeschränkte Bewegung eine erhebliche Verletzung erzeugt werden. Insbesondere könnte eine Quetsche- oder Stoßverletzung an einem Fremdkörper und insbesondere am Teil einer Hand (8) hervorgerufen werden, wenn ein unerwarteter manueller Zugriff erfolgt.
Durch die Schutzeinrichtung (12) und insbesondere den mindestens einen berührungssensiblen und beweglichen Kontaktkörper (13) sind ein oder mehrere Zustände erfassbar, die einen manuellen Zugriff im vorgenannten Bereich erwarten lassen. Das Umschalten in den unbeschränkten Bewegungsmodus und bevorzugt auch das Aufrechterhalten des unbeschränkten Bewegungsmodus werden bevorzugt nur gestattet, wenn gemäß dem Zustand der Schutzeinrichtung (12) und insbesondere des mindestens einen berührungssensiblen und beweglichen Kontaktkörpers (13) keine Anzeichen für einen manuellen Zugriff und insbesondere keine Anzeichen für ein Einklemmen erkennbar sind, d.h. wenn kein sicherheitsrelevanter Zustand erfasst ist.
Somit ist ein Umschalten von einer Bewegung im MRK-beschränkten Bewegungsmodus bzw. vom MRK-beschränkten Bewegungsmodus in eine Bewegung im unbeschränkten Bewegungsmodus bzw. in den unbeschränkten Bewegungsmodus in Abhängigkeit von der Schutzeinrichtung (12) steuerbar und zwar insbesondere durch Zulassen oder Verweigern des Umschaltens. Ebenso ist ein Umschalten von einer Bewegung im unbeschränkten Bewegungsmodus bzw. vom unbeschränkten Bewegungsmodus in eine Bewegung im MRK-beschränkten Bewegungsmodus bzw. in den MRK-beschränkten Bewegungsmodus in Abhängigkeit von der Schutzeinrichtung (2) steuerbar, insbesondere durch Auslösen oder Erzwingen des Umschaltens.
Die Bewegungsvorrichtung (5) ist dazu ausgebildet, den Ladestecker (2) durch mindestens eine Vorpositionierbewegung relativ zu dem Ladeanschluss (3) zu positionieren und bevorzugt relativ zu dem Ladeanschluss (3) auszurichten. Die Vorpositionierbewegung wird bevorzugt im MRK-beschränkten Bewegungsmodus ausgeführt, insbesondere ausschließlich im MRK-beschränkten Bewegungsmodus.
In dem Beispiel von 1 wird also durch die Tragvorrichtung (7), insbesondere einen Roboter, der Endeffektor (10) mit dem daran aufgenommenen Ladestecker (2) in vertikaler und horizontaler Richtung vor dem Ladeanschluss (3) positioniert. Durch die Neigevorrichtung (9) wird der Ladestecker (2) relativ zu dem Ladeanschluss (3) ausgerichtet. Die Tragvorrichtung (7) und die Neigevorrichtung (9) werden dabei bevorzugt ausschließlich im MRK-beschränkten Bewegungsmodus betätigt.
Die Neigungsvorrichtung (9) kann eine Ausrichtung des Ladesteckers um eine, zwei oder mehr Drehachsen bewirken, insbesondere um eine vertikale Achse und eine horizontale Achse, die im Wesentlichen senkrecht zur vorgesehenen Fügebewegung (X) verläuft. Zusätzlich kann eine Ausrichtung um eine weitere Drehachse erfolgen, insbesondere um eine Zentralachse oder eine sonstige Achse des Ladesteckers (2), die parallel oder koaxial zur Richtung der Fügebewegung (X) ausgerichtet ist.
Die Bewegungsvorrichtung (5) und insbesondere der Endeffektor (10) ist bevorzugt dazu ausgebildet, den Ladestecker (2) durch die Fügebewegung (X) mit dem Ladeanschluss (3) zu verbinden. Die Fügebewegung (X) ist dabei im unbeschränkten Bewegungsmodus ausgeführt, also mit einer Dynamik und/oder mit einer Kraft, die oberhalb der Grenzen liegt, die im MRK-beschränkten Bewegungsmodus zugelassen ist.
In dem Beispiel von 1 wird die Fügebewegung (X) durch die Fügevorrichtung (6) und insbesondere einen Linearantrieb ausgeführt bzw. hervorgerufen. Die Fügevorrichtung (6) und insbesondere der Linearantrieb ist bevorzugt steuerbar und weist eine Brems- oder Blockadefunktion auf. Bevorzugt ist durch eine Aktivierung der Brems- oder Blockadefunktion eine sofortige Unterbrechung der Fügebewegung (X) erreichbar. Die Brems- oder Blockadefunktion ist bevorzugt derart ausgelegt, dass die Bewegung des Ladesteckers (2) von einem Maximalwert der Kraft und/oder der Dynamik während der Fügebewegung (X) unter Einhaltung mindestens eines vorgegebenen Grenzwertes zum Stillstand gebracht wird. Der vorgegebene Grenzwert kann beispielsweise ein maximaler Bremsweg und/oder eine minimale Bremsbeschleunigung und/oder eine maximale Abbremszeit sein. Der mindestens eine Grenzwert, insbesondere ein Kraft-Grenzwert, kann unter Berücksichtigung der oben genannten Normen oder Spezifikationen für einen MRK-Betrieb festgelegt sein, insbesondere hinsichtlich der Fügekraft. Alternativ kann der mindestens eine Grenzwert auf andere geeignete Weise festgelegt sein. Gemäß einer bevorzugten Ausführung kann der mindestens eine Grenzwert statisch festgelegt sein. Gemäß einer alternativen und ebenfalls bevorzugten Ausführung kann der mindestens eine Grenzwert dynamisch festgelegt sein, insbesondere in Abhängigkeit von einem verwendeten Ladestecker (2), einer bekannten Grenzkontur des Ladesteckers (2) und/oder des Ladeanschlusses (3) und/oder in Abhängigkeit von einer momentanen Antriebskraft und/oder Bewegungsgeschwindigkeit während der Fügebewegung (X).
Die Ladeeinrichtung ist bevorzugt dazu ausgebildet, mindestens eine Schutzmaßnahme auszulösen, wenn der unbeschränkte Bewegungsmodus aktiv ist, insbesondere während der Fügebewegung (X), und wenn, sobald oder während ein sicherheitsrelevanter Zustand auf Basis der Schutzeinrichtung (12) erfasst wird. Eine derartige Schutzmaßnahme kann insbesondere sein, die momentane Bewegung des Ladesteckers (2) und/oder sonstiger mitbewegter Vorrichtungskomponenten zu unterbrechen, insbesondere durch die Betätigung der oben genannten Brems- oder Blockadefunktion. Alternativ oder zusätzlich kann eine Schutzmaßnahme darin bestehen, eine Umschaltung in den MRK-beschränkten Bewegungsmodus vorzunehmen. Ein solches Umschalten ist insbesondere während des unbeschränkten Bewegungsmodus sinnvoll, wenn gerade keine Fügebewegung (X) stattfindet. Wiederum alternativ oder zusätzlich kann eine Schutzmaßnahme darin bestehen, eine Trennbewegung einzuleiten oder auszuführen, durch die der Ladestecker (2) von dem Ladeanschluss (3) getrennt und/oder entfernt wird. Diese Schutzmaßnahme kann auch während des Vorliegens eines MRK-beschränkten Bewegungsmodus ausgelöst, oder vollendet werden. Wiederum alternativ oder zusätzlich kann eine Schutzmaßnahme das Ausgeben einer Sicherheitswarnung umfassen. Die Sicherheitswarnung kann auf beliebige Weise und in ein oder mehrfacher Form ausgegeben werden, beispielsweise durch eine optische Anzeige, ein elektronisches Signal, ein akustisches Signal oder Ähnliches.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung kann auch für eine Trennbewegung ein beschränkter Bewegungsmodus vorgesehen sein.
1 und 2 zeigen eine bevorzugte Ausführungsvariante der Schutzeinrichtung (12). Diese weist einen Schaltrahmen (14) auf, der den Öffnungsbereich (17) und/oder die Umfangsseite (18) des Ladesteckers (2) ringförmig umgibt. Der Schaltrahmen (14) kann ein- oder mehrstückig ausgebildet sein. Er ist bevorzugt in Richtung der vorgesehenen Fügebewegung (X) des Ladesteckers (2) beweglich. Alternativ oder zusätzlich kann eine andere Beweglichkeit vorgesehen sein.
In einer Grundposition ist der Schaltrahmen (14) bevorzugt mit einer Grenzkontur in der Bewegungsrichtung (X) vor dem Öffnungsbereich (17) des Ladesteckers (2) angeordnet. Eine Bewegung des Schaltrahmens (14) oder eines seiner Schaltrahmensegmente ist bevorzugt sensorisch erfassbar und führt zur Erfassung eines sicherheitsrelevanten Zustands. In dem Beispiel von 2 ist der Schaltrahmen (14) durch vier Schaltsegmente (14', 14'', 14''') gebildet, von denen das zweite Schaltrahmensegment (14") in der Grundposition und die sonstigen Schaltrahmensegmente (14', 14''') in einer Auslöseposition dargestellt sind.
3 zeigt eine andere Ausführungsvariante der Schutzeinrichtung (12). Hier weist die Schutzeinrichtung (12) mehrere Schaltmittel (20) auf, die um den Öffnungsbereich (17) und/oder den Einführbereich des Ladesteckers (2) angeordnet sind, insbesondere in einer ringförmigen Anordnung. Die Schaltmittel (20) sind in einer Grundposition dargestellt, in der die in der Bewegungsrichtung (X) weisenden Enden der Schaltmittel (20) im Wesentlichen auf Höhe der Stirnfläche des Ladesteckers (2) im Öffnungsbereich (17) liegen. Alternativ können die vorderen Enden in der Bewegungsrichtung (X) in der Grundposition eine andere Lage haben, insbesondere in der Bewegungsrichtung (X) über den Öffnungsbereich (17) hinausragen.
Die Schaltmittel (20) sind bevorzugt zumindest in Richtung der vorgesehenen Fügebewegung (X) des Ladesteckers (2) beweglich. Alternativ oder zusätzlich kann eine Beweglichkeit in einer anderen Richtung vorgesehen sein. Bevorzugt wird durch die Erfassung einer Bewegung von zumindest einem Schaltmittel (20) aus der Grundposition in eine Auslöseposition ein sicherheitsrelevanter Zustand erfasst.
4 zeigt eine wiederum andere Ausführungsvariante der Schutzeinrichtung (12). Hier ist ein ein- oder mehrteiliger Schaltrahmen (14) analog zu den obigen Ausführungen vorgesehen. Weiterhin ist der Ladestecker (2) zumindest teilweise von einem flexiblen Formfaltenbalg (24) umgeben. Der Formfaltenbalg (24) ist in dem Beispiel von 4 einseitig am Fußbereich (23) des Ladesteckers (2) befestigt. Alternativ kann eine beliebige andere Befestigungsvariante gewählt sein. Der Formfaltenbalg (24) umgibt in dem Beispiel von 4 die Umfangsseite (18) des Ladesteckers (2) und bevorzugt weiterhin die Schutzeinrichtung (12), sodass diese vor äußeren Witterungseinflüssen und sonstigen unerwünschten Einwirkungen geschützt sind. Anstelle eines Formfaltenbalges kann ein beliebiges anderes beschränkt formstabiles und flexibles Hüllmittel vorgesehen sein.
5 zeigt wiederum eine andere Ausführungsform der Schutzeinrichtung (12). Hier ist der Ladestecker (2) zumindest teilweise von einer Schutzhaut (25) umgeben. Die Schutzhaut (25) kann eine beliebige Ausbildung und Formgebung haben. Sie verläuft bevorzugt zumindest im Bereich der Umfangsseite (18) des Ladesteckers (2) und/oder am Rand des Öffnungsbereichs (17) des Ladesteckers (2) bzw. am Rand des Einführbereichs.
In dem Beispiel von 5 ist die Schutzhaut (25) an einer oder mehreren Stellen durch ein elastisches Mittel gegenüber einer Kontur des Ladesteckers (2) beabstandet. Es kann beispielsweise eine flexible Polsterung vorgesehen sein und/oder ein oder mehrere der in 5 skizzierten elastischen Rückstellelemente (26) bzw. Federn. Zwischen der Schutzhaut (25) und einer Kontur des Ladesteckers (2) und/oder einer Kontur des Fußbereichs (23) kann ein Gasvolumen eingeschlossen sein. Das Gasvolumen kann durch eine Berührung oder Formänderung der Schutzhaut (25) eine Zustandsänderung erfahren. Die Ladeeinrichtung (1) und/oder der Ladestecker (2) weist bevorzugt eine Erfassungsvorrichtung (27) auf, die den Zustand und insbesondere den Druck des Gasvolumens erfasst oder überwacht. Auf Basis einer Zustandsänderung des Gasvolumens, insbesondere auf Basis einer Druckänderung / Druckerhöhung, der Erreichung eines bestimmten vorgegebenen Drucks und/oder einer Gasbeschleunigung ist ein sicherheitsrelevanter Zustand erfassbar. In dem Beispiel von 5 ist die Erfassungsvorrichtung (27) im Fußbereich (23) des Ladesteckers angeordnet. Alternativ kann die Erfassungsvorrichtung (27) an einer beliebigen anderen Stelle angeordnet sein. Die Erfassungsvorrichtung (27) kann ein pneumatisches Sicherheitsventil sein.
An oder unter der Schutzhaut (25) des Ladesteckers (2) kann mindestens ein kontaktsensitives Element (28) angeordnet sein. Dies kann insbesondere eine Schalt-Kontaktleiste oder eine Schaltmatte sein. Auf Basis einer Berührung oder Formänderung der Schutzhaut und/oder des kontaktsensitiven Elements (28) kann ein sicherheitsrelevanter Zustand erfasst werden.
An oder unter der Schutzhaut (25) kann alternativ oder zusätzlich ein kapazitives Sensorelement (29) angeordnet sein. Auf Basis des Messsignals des kapazitiven Sensorelements (29) kann ein sicherheitsrelevanter Zustand feststellbar sein.
Alle vorgenannten und in den Figuren dargestellten Ausführungsvarianten der Schutzeinrichtung (12) sind in beliebiger Weise miteinander kombinierbar. Insbesondere können die ein oder mehreren Schaltmittel (20) alternativ oder zusätzlich zu einem einteiligen oder mehrteiligen Schaltrahmen (14) vorgesehen sein. Eine beliebige Art, Anzahl oder Kombination von Schaltmitteln, Schaltrahmen, Schaltrahmensegmenten, kontaktsensitiven Elementen und/oder kapazitiven Sensorelementen kann in Kombination mit der Schutzhaut (25) und/oder dem Faltenbalg (24) oder einer sonstigen umhüllenden Struktur vorgesehen sein.
In den gezeigten Beispielen weist der Ladestecker (2) ein oder mehrere Führungswandungen (19) auf, die eine Grenzkontur des Ladesteckers (2) quer zur vorgesehenen Führungsbewegung (X) bilden. Auf eine derartige Führungswandung (19) kann ggf. verzichtet werden. Eine Umfangsseite (18) des Ladesteckers (2) kann ggf. ausschließlich durch gegenüber dem Fußbereich (23) in Richtung der Fügebewegung (X) überstehende elektrische Kontakte (21) definiert sein.
Wenn eine oder mehrere Führungswandungen (19) am Ladestecker (2) vorgesehen sind, können diese im verbundenen Zustand innerhalb oder außerhalb von etwaig am Ladeanschluss (3) vorhandenen Führungswandungen (19) angeordnet sein.
Die ein oder mehreren elektrischen Kontakte (21) des Ladesteckers (2) können eine beliebige Ausbildung haben. Es können insbesondere ein oder mehrere männliche Kontakte sowie ein oder mehrere weibliche Kontakte am Ladestecker (2) vorgesehen sein. Alternativ sind andere Kontaktformen möglich, beispielsweise lediglich im Bereich der Stirnseite des Ladesteckers oberflächlich an Kontaktpunkte eines Ladeanschlusses (3) anlegbare Flächen oder Konturen.
Die Schutzvorrichtung kann einen vorauseilenden Kontakt (nicht dargestellt) aufweisen, der bei der Fügebewegung die erste körperliche Anlage und etwaig stromleitende Anlage mit dem Ladeanschluss herstellt. Dieser vorauseilende Kontakt kann gegenüber den anderen elektrischen Kontakten (21) bzw. gegenüber der Stirnseite (17) zu dem Ladeanschluss hin überstehen. Ein Umschalten zwischen dem beschränkten und dem unbeschränkten Modus kann in Abhängigkeit von dem Zustand des vorauseilenden Kontaktes erfolgen. Insbesondere kann ein Umschalten in den unbeschränkten Modus (nur) gestattet werden, wenn der vorauseilende Kontakt eine körperliche und/oder stromleitende Anlage hat.
Bezugszeichenliste

1: Ladeeinrichtung
2: Ladestecker
3: Ladeanschluss
4: Fahrzeug / Elektro-Fahrzeug
5: Bewegungsvorrichtung
6: Fügevorrichtung / Linearantrieb
7: Tragvorrichtung / Roboter
8: Fremdkörper / Hand
9: Neigevorrichtung
10: Endeffektor
11: Vision-System
12: Schutzeinrichtung
13: Kontaktkörper
14: Schaltrahmen
14': Erstes Schaltrahmensegment
14'': Zweites Schaltrahmensegment
15: Aufnahmeflansch
16: Zuleitung, elektrisch
17: Stirnseite / Stirnfläche / Öffnungsbereich / Einführbereich
18: Umfangsseite / Mantelfläche
19: Führungswandung
20: Schaltmittel
21: Elektrischer Kontakt
22: Steckergehäuse
23: Fußbereich
24: Faltenbalg
25: Schutzhaut
26: Elastisches Element
27: Erfassungsvorrichtung / Gasdrucksensor / Gasflusssensor
28: Kontaktsensitives Element
29: Kapazitives Sensorelement
30: Handgriff
X: Fügebewegung

Claims

Ladeeinrichtung mit einem Ladestecker (2) zur Verbindung mit einem Ladeanschluss (3) eines Fahrzeugs (4), wobei die Ladeeinrichtung (1) eine Bewegungsvorrichtung (5) umfasst, die dazu ausgebildet ist, den Ladestecker (2) teil- oder vollautomatisiert zu bewegen und mit dem Ladeanschluss (3) zu verbinden, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsvorrichtung (5) in einem MRK-beschränkten Bewegungsmodus mit beschränkter Dynamik und/oder beschränkter Kraft sowie in einem unbeschränkten Bewegungsmodus betreibbar ist, und dass an dem Ladestecker (2) eine Schutzeinrichtung (12) mit mindestens einem berührungssensiblen und beweglichen Kontaktkörper (13) angeordnet ist, wobei die Bewegungsvorrichtung (5) dazu ausgebildet ist, den Ladestecker (2) durch mindestens eine Vorpositionierbewegung relativ zu dem Ladeanschluss (3) zu positionieren, und wobei die Vorpositionierbewegung im MRK-beschränkten Bewegungsmodus ausführbar ist, und die Bewegungsvorrichtung (5) dazu ausgebildet ist, den Ladestecker (2) durch mindestens eine Fügebewegung (X) mit dem Ladeanschluss (3) zu verbinden, wobei die Fügebewegung (X) im unbeschränkten Bewegungsmodus ausführbar ist, wobei das Umschalten der Bewegungseinrichtung (5) von einer Bewegung im MRK-beschränkten Bewegungsmodus in den unbeschränkten Bewegungsmodus in Abhängigkeit von der Schutzeinrichtung (12) steuerbar ist.
Ladeeinrichtung nach Anspruch 1, wobei das Umschalten von einer Bewegung im MRK-beschränkten Bewegungsmodus in den unbeschränkten Bewegungsmodus in Abhängigkeit von der Schutzeinrichtung (12) durch Zulassen oder Verweigern des Umschaltens steuerbar ist.
Ladeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ladeeinrichtung (1) dazu ausgebildet ist, ein Umschalten von dem MRK-beschränkten Bewegungsmodus in den unbeschränkten Bewegungsmodus nach Abschluss der Vorpositionierung vorzusehen.
Ladeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ladeeinrichtung (1) dazu ausgebildet ist, während des unbeschränkten Bewegungsmodus in Abhängigkeit von der Schutzeinrichtung (12) mindestens eine Schutzmaßnahme auszulösen, insbesondere - eine momentane Bewegung des Ladesteckers (2) zu unterbrechen; und/oder - ein Umschalten in den MRK-beschränkten Bewegungsmodus vorzunehmen; und/oder - einen Ladevorgang abzubrechen; und/oder - eine Trennbewegung einzuleiten, um den Ladestecker (2) von dem Ladeanschluss (3) zu entfernen; und/oder - eine Sicherheitswarnung auszugeben.
Ladeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schutzeinrichtung einen Schaltrahmen (14) aufweist, der einen Öffnungsbereich (17) und/oder mindestens eine sich in der vorgesehenen Fügerichtung (X) erstreckende Umfangsseite (18) des Ladesteckers ringförmig umgibt, wobei der Schaltrahmen (14) insbesondere in Richtung der vorgesehenen Fügebewegung (X) des Ladesteckers (2) beweglich ist.
Ladeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schutzeinrichtung (12) mehrere Schaltmittel (20) aufweist, die um einen Öffnungsbereich (17) und/oder Einführbereich des Ladesteckers angeordnet sind, insbesondere in einer ringförmigen Anordnung.
Ladeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Schaltmittel (20) in Richtung der vorgesehenen Fügebewegung (X) des Ladesteckers (2) beweglich ist.
Ladeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ladestecker (2) zumindest teilweise von einem flexiblen Formfaltenbalg (24) umgeben ist, der einseitig an einem Fußbereich (23) des Ladesteckers (2) befestigt ist.
Ladeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ladestecker (2) zumindest teilweise von einer Schutzhaut (25) umgeben ist, insbesondere im Bereich einer Umfangsseite, die parallel zur Richtung der vorgesehenen Fügebewegung (X) verläuft und/oder am Rand des Öffnungsbereichs (17) oder Einführbereichs.
Ladeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen einer Schutzhaut (25) und einer Kontur des Ladesteckers (2) und/oder einer Kontur des Fußbereichs (23) des Ladesteckers (2) ein Gasvolumen eingeschlossen ist, und wobei eine Erfassungsvorrichtung (27) vorgesehen ist, die auf Basis einer Zustandsänderung des Gasvolumens einen sicherheitsrelevanten Zustand erfasst.
Ladeeinrichtung nach Anspruch 9, wobei an oder unter einer Schutzhaut (25) des Ladesteckers (2) mindestens ein kontaktsensitives Element (28) angeordnet ist, insbesondere eine Schalt-Kontaktleiste oder eine Schaltmatte, und wobei auf Basis einer Berührung oder Formänderung der Schutzhaut (25) und/oder des kontaktsensitiven Elements (28) ein sicherheitsrelevanter Zustand erfassbar ist.
Ladeeinrichtung nach Anspruch 9, wobei an oder unter einer Schutzhaut (25) des Ladesteckers (2) mindestens ein kapazitives Sensorelement (29) angeordnet ist, und wobei auf Basis des Messsignals des kapazitiven Sensorelements (29) ein sicherheitsrelevanter Zustand feststellbar ist.
Ladestecker zur Verbindung mit einem Ladeanschluss (3) eines Fahrzeugs (4) mittels einer Fügebewegung (X), wobei der Ladestecker (2) mit einem Fußbereich (23) an einem Steckergehäuse (22) angeordnet ist, und wobei sich von dem Fußbereich (23) in Richtung der vorgesehenen Fügebewegung (X) eine Führungswandung (19) mit einer Umfangsseite (18) erstreckt, und wobei an der Stirnseite der Führungswandung (19) ein Öffnungsbereich (17) zu mindestens einem elektrischen Kontakt (21) des Ladesteckers (2) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladestecker (2) eine Schutzeinrichtung (12) mit mindestens einem berührungssensiblen und beweglichen Kontaktkörper (13) angeordnet ist, wobei in Abhängigkeit von der Schutzeinrichtung (12) ein sicherheitsrelevanter Zustand feststellbar ist, der auf einen äußeren Zugriff auf den Ladestecker (2) schließen lässt.
Ladevorbereitungsverfahren zur teil- oder vollautomatischen Verbindung eines Ladesteckers (2) mit einem Ladeanschluss (3) an einem Fahrzeug (4) unter Verwendung einer Ladeeinrichtung und/oder eines Ladesteckers (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das Verfahren umfassend die folgenden Schritte: - Voll- oder Teilautomatisches Bewegen des Ladesteckers (2) mittels einer Bewegungsvorrichtung (5), wobei die Bewegungsvorrichtung (5) in einem MRK-beschränkten Bewegungsmodus betrieben wird; - Erfassen eines Zustands der Schutzvorrichtung (12) am Ladestecker (2) und Umschalten in einen unbeschränkten Bewegungsmodus in Abhängigkeit von dem Zustand der Schutzvorrichtung (12); - Betätigen der Bewegungsvorrichtung (5) im unbeschränkten Bewegungsmodus, um den Ladestecker (2) in mindestens einer Fügebewegung (X) mit dem Ladeanschluss (3) zu verbinden.
Ladevorbereitungsverfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Fügebewegung (X) in Abhängigkeit von einem Zustand der Schutzvorrichtung (12) ausgeführt wird und insbesondere unterbrochen wird, wenn von der Schutzvorrichtung (12) ein sicherheitsrelevanter Zustand erfasst ist.