DE102020121222A1 - Hermaphrodite plug - Google Patents
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Abstract
Hermaphroditischer Stecker mit einem Grundelement mit einer Steckfläche, wobei die Steckfläche eine Symmetrieachse aufweist und einem ersten Steckerelement und ein zweites Steckerelement. Dabei steht das erste Steckerelement von der Steckerfläche hervor, das zweite Steckerelement ist vertieft ausgebildet. Weiterhin ist die Form des ersten Steckerelements mit der Form des zweiten Steckerelement korrespondierend. Dabei ist das erste Steckerelement und das zweite Steckerelement symmetrisch relativ zur Symmetrieachse ausgebildet, sodass ein zweiter hermaphroditischer Stecker mit gleichem Aufbau insbesondere formschlüssig mit dem ersten Steckerelement und dem zweiten Steckerelement verbindbar ist. Dabei ist ein erstes Magnetelement angeordnet im Grundelement und insbesondere unterhalb der Steckerfläche, sodass das Magnetelement eine magnetische Kopplungskraft zwischen dem ersten und dem zweiten hermaphroditischen Stecker erzeugt.Hermaphroditic plug with a base element with a plug-in surface, the plug-in surface having an axis of symmetry and a first plug element and a second plug element. The first connector element protrudes from the connector surface, while the second connector element is recessed. Furthermore, the shape of the first connector element corresponds to the shape of the second connector element. The first plug element and the second plug element are designed symmetrically relative to the axis of symmetry, so that a second hermaphroditic plug with the same structure can be connected in particular with a positive fit to the first plug element and the second plug element. A first magnetic element is arranged in the base element and in particular below the plug surface, so that the magnetic element generates a magnetic coupling force between the first and the second hermaphroditic plug.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen hermaphroditischen Stecker insbesondere zur Verbindung einer mobilen Plattform oder eines Fahrzeugs mit einer Ladestation, ein Steckerpaar mit zwei solchen Steckern sowie ein System mit einer Ladestation und mindestens einem Fahrzeug mit jeweils einem solchen Stecker.The present invention relates to a hermaphroditic connector, in particular for connecting a mobile platform or a vehicle to a charging station, a pair of connectors having two such connectors, and a system having a charging station and at least one vehicle each having such a connector.
Mobile Robotersysteme, wie beispielsweise Flurförderfahrzeuge, benötigen entweder eine elektrische Versorgungsinfrastruktur, wie beispielsweise Stromabnehmer oder eine autarke Energieversorgung, beispielsweise Akkumulatoren. Letztere müssen aber regelmäßig wieder aufgeladen werden, um eine langfristige Funktion des robotischen Systems sicherzustellen. Dafür gibt es wiederum mehrere Möglichkeiten. So können Schleif- oder Federkontakte im Rahmen einer automatischen anzudockenden, ortsfesten Ladebucht eingesetzt werden, eine induktive Übertragung realisiert oder ein Ladestecker angebracht werden.Mobile robot systems, such as industrial trucks, require either an electrical supply infrastructure, such as pantographs, or a self-sufficient energy supply, such as accumulators. However, the latter must be recharged regularly to ensure the long-term functioning of the robotic system. Again, there are several ways to do this. For example, sliding or spring contacts can be used as part of a stationary charging bay to be docked automatically, inductive transmission can be implemented or a charging plug can be attached.
In Falle des Einsatzes eines Ladesteckers wird üblicherweise eine Gerätedose in das mobile Robotersystem eingebaut und ein Stecker an einem Kabel bei Bedarf meistens manuell darin eingesteckt. Derartige Stecker sind auch aus den Bereichen der Elektroautos und Gabelstapler bekannt. Der Vorteil von Ladesteckern gegenüber den anderen Varianten ist die geringere Bauform als bei Verwendung einer induktiven Ladeeinrichtung und die Option, dass auch noch weitere Steckerpins, beispielsweise für eine Datenübertragung oder eine Ladegerätsteuerung auf einfache Art mit implementiert werden können.If a charging plug is used, a device socket is usually installed in the mobile robot system and a plug on a cable is usually plugged into it manually if necessary. Such plugs are also known from the fields of electric cars and forklifts. The advantage of charging plugs compared to the other variants is the smaller design than when using an inductive charging device and the option that other plug pins, for example for data transmission or charging device control, can also be implemented in a simple way.
Dabei haben normale Ladestecker den Nachteil, dass sie im eingesteckten Zustand anfällig sind für mechanische Beschädigungen, da sie nur durch Kraft entgegen der Steckrichtung zum Trennen gebracht werden können. Bei unbeabsichtigter Krafteinwirkung, beispielsweise durch geringe Fehlbedienung schwere Maschinen, können hohe Kräfte aufgebracht werden in andere Richtungen als die Steckrichtung, wodurch der Stecker abbrechen oder die verwendeten Kabel beschädigt werden können.Normal charging plugs have the disadvantage that they are susceptible to mechanical damage when plugged in, since they can only be separated by applying force in the opposite direction to the plugging direction. If force is applied unintentionally, for example due to minor incorrect operation of heavy machines, high forces can be applied in directions other than the plug-in direction, which can cause the connector to break off or the cables used to be damaged.
Weiterhin sind bekannte Stecker explizit in einen weiblichen und einen männlichen Steckteil getrennt, sodass damit kein Energie- und/oder Datenaustausch zwischen zwei identischen Systemen möglich ist. Im Bereich der Robotik sind jedoch - beispielsweise im Bereich der autonomen Exploration - durchaus Szenarien bekannt, welche den Energie- und Datenaustausch zwischen zwei identischen Robotersystemen erfordern.Furthermore, known plugs are explicitly separated into a female and a male plug-in part, so that no energy and/or data exchange between two identical systems is possible. In the field of robotics, however - for example in the field of autonomous exploration - scenarios are well known which require the exchange of energy and data between two identical robot systems.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es einen Stecker zu schaffen, der flexibel verwendet werden kann sowie geschützt ist gegen Beschädigung.The object of the present invention is to create a connector that can be used flexibly and is protected against damage.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen Stecker gemäß Anspruch 1, ein Steckerpaar gemäß Anspruch 16 sowie ein System gemäß Anspruch 17.The object is achieved by a connector according to claim 1, a connector pair according to claim 16 and a system according to claim 17.
Der erfindungsgemäße hermaphroditische Stecker weist ein Grundelement auf mit einer Steckerfläche, wobei die Steckerfläche eine Symmetrieachse aufweist. Insbesondere weist das Grundelement bzw. die Steckerfläche eine geometrische Grundfläche auf, wie beispielsweise eine Kreisfläche oder ein Quadrat. Dabei verläuft die Symmetrieachse im eingebauten Zustand insbesondere horizontal oder vertikal. Weiterhin ist auf der Steckerfläche ein erstes Steckerelement ausgebildet, welches von der Steckerfläche hervorsteht. Ebenso ist auf der Steckerfläche ein zweites Steckerelement vorgesehen, welches vertieft ausgebildet ist. Dabei korrespondiert die Form des ersten Steckerelements mit der Form des zweiten Steckerelements. Weiterhin ist das erste Steckerelement und das zweite Steckerelement symmetrisch relativ zu der Symmetrieachse angeordnet, sodass bei einer Kopplung mit einem zweiten hermaphroditischen Stecker mit gleichem Aufbau, dieser insbesondere formschlüssig mit dem ersten Steckerelement und dem zweiten Steckerelement verbindbar ist. Der erste hervorstehende Steckerelement als männliches Steckerteil ist dabei in ein vertieft ausgebildetes zweites Steckerelement als weibliches Steckerteil des zweiten hermaphroditischen Steckers einsteckbar. Auf gleiche Weise ist beim Verbinden des ersten hermaphroditischen Steckers mit einem zweiten hermaphroditischen Stecker mit gleichem Aufbau das hervorstehende erste Steckerteil des zweiten hermaphroditischen Steckers als männliches Steckerteil in das vertieft ausgebildete zweite Steckerelement als weibliches Steckerteil des ersten Steckers einsteckbar.The hermaphroditic plug according to the invention has a base element with a plug surface, the plug surface having an axis of symmetry. In particular, the basic element or the plug area has a geometric base area, such as a circular area or a square. In the installed state, the axis of symmetry runs in particular horizontally or vertically. Furthermore, a first plug element is formed on the plug surface, which protrudes from the plug surface. A second plug element is also provided on the plug surface, which is recessed. The shape of the first connector element corresponds to the shape of the second connector element. Furthermore, the first plug element and the second plug element are arranged symmetrically relative to the axis of symmetry, so that when coupled to a second hermaphroditic plug with the same structure, this can be connected in particular in a form-fitting manner to the first plug element and the second plug element. The first protruding plug element as a male plug part can be inserted into a recessed second plug element as a female plug part of the second hermaphroditic plug. Likewise, when connecting the first hermaphrodite plug to a second hermaphrodite plug of the same structure, the protruding first plug part of the second hermaphrodite plug as a male plug part can be inserted into the recessed second plug element as a female plug part of the first plug.
Erfindungsgemäß ist ein erstes Magnetelement angeordnet im Grundelement und insbesondere unterhalb der Steckerfläche, sodass das Magnetelement eine magnetische Kopplungskraft zwischen dem ersten und zweiten hermaphroditischen Stecker erzeugt. Durch die Magnetkraft erfolgt somit eine Kopplung zwischen dem hermaphroditischen Stecker und einem zweiten hermaphroditischen Stecker, wobei eine Trennung der beiden Stecker entgegen der Magnetkraft erfolgen muss. Somit ist durch den symmetrischen Aufbau des ersten Steckerelements und des zweiten Steckerelements relativ zu der gegebenen Symmetrieachse eine vielseitige Verwendung des Steckers gegeben. Ist der erfindungsgemäße Stecker beispielsweise an einem Fahrzeug angebracht, so kann, aufgrund der gegebenen Symmetrie, der erfindungsgemäße Stecker beispielsweise mit einer Ladestation verbunden werden. Gleichzeitig ist es jedoch auch möglich, eine elektrische Verbindung zu weiteren Fahrzeugen herzustellen, welche ebenfalls mit den erfindungsgemäßen Steckern ausgestattet sind. Da hierbei die Kopplungskraft zwischen Steckern durch die jeweiligen ersten Magnetelemente erzeugt werden, reichen bereits geringe Kräfte aus, um die Stecker wieder zu trennen. Treten somit Kräfte am Stecker auf, welche nicht in Steckrichtung erfolgen, so erfolgt dennoch ein beschädigungsfreies Trennen der Stecker. Hierdurch ist der erfindungsgemäße Stecker vor Beschädigungen geschützt.According to the invention, a first magnetic element is arranged in the base element and in particular underneath the plug surface, so that the magnetic element generates a magnetic coupling force between the first and second hermaphroditic plugs. The magnetic force thus results in a coupling between the hermaphroditic plug and a second hermaphroditic plug, with the two plugs having to be separated counter to the magnetic force. Thus, due to the symmetrical structure of the first plug element and the second plug element relative to the given axis of symmetry, the plug can be used in a variety of ways. If the plug according to the invention is attached to a vehicle, for example, then, due to the given symmetry, the Ste can be connected to a charging station, for example. At the same time, however, it is also possible to establish an electrical connection to other vehicles that are also equipped with the plugs according to the invention. Since in this case the coupling force between plugs is generated by the respective first magnetic elements, even small forces are sufficient to separate the plugs again. Thus, if forces occur on the plug that do not occur in the plug-in direction, the plug can still be separated without damage. As a result, the plug according to the invention is protected from damage.
Vorzugsweise weist das erste Steckerelement eine Verbindungsbuchse auf und das zweite Steckerelement ein Kontaktstift auf, wobei die Verbindungsbuchse und der Kontaktstift symmetrisch relativ zur Symmetrieachse angeordnet sind. Alternativ oder zusätzlich hierzu weist das erste Steckerelement einen Kontaktstift auf und das zweite Steckerelement eine Verbindungsbuchse, wobei Verbindungsbuchse und Kontaktstift symmetrisch relativ zu Symmetrieachse angeordnet sind. Somit wird beim Zusammenstecken zweier gleich ausgebildeter Stecker der Kontaktstift mit der Verbindungsbuchse verbunden zur Übertragung eines Stroms und/oder Datensignals. Insbesondere kann das erste Steckerelement mehr als ein Kontaktstift und/oder mehr als eine Verbindungsbuchse aufweisen. Ebenso kann das zweite Steckerelement mehr als eine Verbindungsbuchse und/oder mehr als einen Kontaktstift aufweisen. Dabei entspricht selbstverständlich die Anzahl der Kontaktstifte des ersten Steckerelements der Anzahl der Verbindungsbuchsen des zweiten Elements und ebenso entspricht die Anzahl der Verbindungsbuchsen des ersten Steckerelements der Anzahl der Kontaktstifte des zweiten Steckerelements. Hierdurch wird sichergestellt, dass beim Zusammenstecken zweier gleich ausgebildeter Stecker der Kontaktstift mit einer Verbindungsbuchse verbunden wird.Preferably, the first plug element has a connecting socket and the second plug element has a contact pin, the connecting socket and the contact pin being arranged symmetrically relative to the axis of symmetry. As an alternative or in addition to this, the first plug element has a contact pin and the second plug element has a connecting socket, the connecting socket and contact pin being arranged symmetrically relative to the axis of symmetry. Thus, when two plugs of the same design are plugged together, the contact pin is connected to the connecting socket for the transmission of a current and/or data signal. In particular, the first plug element can have more than one contact pin and/or more than one connecting socket. Likewise, the second connector element can have more than one connection socket and/or more than one contact pin. Of course, the number of contact pins of the first connector element corresponds to the number of connection sockets of the second element and the number of connection sockets of the first connector element also corresponds to the number of contact pins of the second connector element. This ensures that when two plugs of the same design are plugged together, the contact pin is connected to a connecting socket.
Vorzugsweise ragen die Kontaktstifte nicht über die Kontaktfläche hinaus. Insbesondere, sofern die Kontaktstifte am zweiten Steckerelement angeordnet sind, sind somit die Kontaktstifte vor äußeren Einflüssen geschützt. Beispielsweise ein Verbiegen der Kontaktstifte wird somit verhindert.The contact pins preferably do not protrude beyond the contact surface. In particular, if the contact pins are arranged on the second connector element, the contact pins are thus protected from external influences. This prevents the contact pins from bending, for example.
Vorzugsweise weist der Stecker mehr als ein erstes Steckerelement und entsprechend mehr als ein zweites Steckerelement auf. Dabei entspricht die Anzahl der ersten Steckerelemente der Anzahl der zweiten Steckerelemente. Weiterhin sind die ersten Steckerelemente und zweiten Steckerelemente paarweise symmetrisch relativ zur Symmetrieachse angeordnet, sodass bei einem Zusammenstecken zweier identisch ausgebildeter Stecker jedes erste Steckerelement eines Steckers mit jeweils einem zweiten Steckerelement eines anderen Steckers zusammengesteckt wird. Dabei kann die Anordnung der ersten Steckerelemente und zweiten Steckerelemente relativ zur Symmetrieachse beliebig erfolgen. So können beispielsweise auf einer ersten Seite der Symmetrieachse ausschließlich erste Steckerelemente und auf einer zweiten, gegenüberliegenden Seite relativ zur Symmetrieachse ausschließliche zweite Steckerelemente vorgesehen sein. Alternativ hierzu sind auf der ersten Seite ausschließlich zweite Steckerelemente vorgesehen und auf der zweiten Seite der Symmetrieachse ausschließlich erste Steckerelemente. Alternativ hierzu ist auf der ersten Seite der Symmetrieachse sowohl mindestens ein erstes Steckerelement als auch ein mindestens ein zweites Steckerelement vorgesehen. Entsprechend ist auf der zweiten Seite relativ zur Symmetrieachse mindestens ein erstes Steckerelement sowie mindestens ein zweites Steckerelement vorgesehen, wobei, wie oben ausgeführt, die Anzahl der ersten Steckerelemente und der zweiten Steckerelemente gleich sind.The connector preferably has more than one first connector element and correspondingly more than one second connector element. The number of first connector elements corresponds to the number of second connector elements. Furthermore, the first connector elements and second connector elements are arranged in pairs symmetrically relative to the axis of symmetry, so that when two identically designed connectors are plugged together, each first connector element of one connector is mated with a second connector element of another connector. The arrangement of the first connector elements and second connector elements relative to the axis of symmetry can be as desired. For example, only first plug elements can be provided on a first side of the axis of symmetry and only second plug elements can be provided on a second, opposite side relative to the axis of symmetry. As an alternative to this, only second plug elements are provided on the first side and only first plug elements are provided on the second side of the axis of symmetry. As an alternative to this, both at least one first plug element and at least one second plug element are provided on the first side of the axis of symmetry. Correspondingly, at least one first plug element and at least one second plug element are provided on the second side relative to the axis of symmetry, with the number of first plug elements and second plug elements being the same, as explained above.
Vorzugsweise ist mindestens einer der vorgesehenen Kontaktstifte zumindest teilweise von einer Isolation umgeben zur Vermeidung von Kurzschlüssen. Dabei ist insbesondere die Isolation ausgebildet als Schiebehülse, sodass die Isolation beim Zusammenstecken zwei identisch ausgebildeter Stecker zurückgeschoben wird, um einen elektrischen Kontakt freizulegen.Preferably, at least one of the contact pins provided is at least partially surrounded by insulation to avoid short circuits. In particular, the insulation is designed as a sliding sleeve, so that when two identically designed plugs are plugged together, the insulation is pushed back in order to expose an electrical contact.
Vorzugsweise weist die Verbindungsbuchse ein Federelement auf, insbesondere ausgebildet als Wurmfeder, so dass durch das Federelement der entsprechende Kontaktstift kontaktiert werden kann bzw. gehalten wird, wobei durch die Bewegbarkeit des Federelements ein Knickschutz ermöglicht wird. Somit kann der Stecker ohne Beschädigung in alle Richtungen abgeknickt werden kann und ein ausreichender elektrischer und mechanischer Kontakt hergestellt wird. The connection socket preferably has a spring element, in particular designed as a garter spring, so that the corresponding contact pin can be contacted or held by the spring element, wherein the mobility of the spring element enables protection against buckling. In this way, the plug can be bent in all directions without being damaged and a sufficient electrical and mechanical contact is established.
Vorzugsweise sind die Magnetpole des ersten Magnetelements symmetrisch relativ zur Symmetrieachse angeordnet. So kann das erste Magnetelement beispielsweise als Stabmagnet ausgebildet sein und senkrecht zur Symmetrieachse angeordnet sein, sodass beispielsweise der Nordpol auf einer ersten Seite der Symmetrieachse angeordnet ist und der Südpol auf der gegenüberliegenden Seite der Symmetrieachse angeordnet sein. Beim Zusammenstecken zwei identischer Stecker wirkt somit der Nordpol des ersten Magnetelements mit dem Südpol des zweiten Steckers und entsprechend der Südpol des ersten Magnetelements zusammen mit dem Nordpol des zweiten Steckers zur Erzeugung einer magnetischen Kopplungskraft.The magnetic poles of the first magnetic element are preferably arranged symmetrically relative to the axis of symmetry. For example, the first magnetic element can be designed as a bar magnet and be arranged perpendicularly to the axis of symmetry, so that for example the north pole is arranged on a first side of the axis of symmetry and the south pole can be arranged on the opposite side of the axis of symmetry. When two identical plugs are plugged together, the north pole of the first magnetic element interacts with the south pole of the second plug and, correspondingly, the south pole of the first magnetic element interacts with the north pole of the second plug to generate a magnetic coupling force.
Vorzugsweise ist ein zweites Magnetelement vorgesehen, welches zum ersten Magnetelement symmetrisch relativ zur Symmetrieachse angeordnet ist, wobei die Pole des ersten Magnetelements und des zweiten Magnetelements entgegengesetzt gerichtet. So kann beispielsweise auf einer ersten Seite der Symmetrieachse das erste Magnetelement so angeordnet sein, dass ein Nordpol in Richtung der Steckerfläche weist. Entsprechend ist hierzu symmetrisch relativ zur Symmetrieachse auf der gegenüberliegenden Seite der Symmetrieachse das zweite Magnetelement so angeordnet, dass der Südpol in Richtung der Steckerfläche weist. Beim Zusammenstecken zweier identisch ausgebildeter Stecker wirken somit die ersten und zweiten Magnetelemente zusammen zur Erzeugung einer magnetischen Kopplungskraft.A second magnetic element is preferably provided, which is arranged symmetrically to the first magnetic element relative to the axis of symmetry, the poles of the first magnetic element and the second magnetic element being directed in opposite directions. For example, the first magnet element can be arranged on a first side of the axis of symmetry in such a way that a north pole points in the direction of the plug surface. Correspondingly, the second magnetic element is arranged symmetrically relative to the axis of symmetry on the opposite side of the axis of symmetry in such a way that the south pole points in the direction of the plug surface. When two plugs of identical design are plugged together, the first and second magnetic elements thus act together to generate a magnetic coupling force.
Vorzugsweise ist das erste Magnetelement im ersten Steckerelement angeordnet und das zweite Magnetelement im zweiten Steckerelement angeordnet.The first magnetic element is preferably arranged in the first plug element and the second magnetic element is arranged in the second plug element.
Vorzugsweise ist mindestens ein Magnetelement ausgebildet als Elektromagnet, Permanentmagnet oder ferromagnetisches Material wie beispielsweise Weicheisen. Ist eines der Magnetelemente als ferromagnetisches Material ausgebildet, weist dieses selbstverständlich keine magnetische Polarität auf, bekommt jedoch von dem jeweils anderen Magnetelement, welches sodann als Elektromagnet oder Permanentmagnet ausgebildet ist, eine dem anderen Magnetelement entgegengesetzte magnetische Polung aufgeprägt.At least one magnetic element is preferably designed as an electromagnet, permanent magnet or ferromagnetic material such as soft iron. If one of the magnetic elements is designed as a ferromagnetic material, this naturally has no magnetic polarity, but is given a magnetic polarity opposite to the other magnetic element by the respective other magnetic element, which is then designed as an electromagnet or permanent magnet.
Vorzugsweise weist das erste Steckerelement und/oder das zweite Steckerelement eine umlaufende Abschrägung auf zur Zentrierung. Insbesondere bei der autonomen Bewegung eines Fahrzeugs und dem damit einhergehenden autonomen Zusammenstecken zweier Stecker, kann eine Feinausrichtung zwischen den zwei Steckern durch die vorgesehenen Abschrägungen erfolgen, wodurch ein Ineinanderstecken der jeweiligen Steckerelemente vereinfacht wird.The first connector element and/or the second connector element preferably has a circumferential bevel for centering. In particular when a vehicle moves autonomously and two plugs are plugged together autonomously as a result, the two plugs can be finely aligned by the bevels provided, which makes it easier to plug the respective plug elements into one another.
Vorzugsweise ist ein zumindest teilweise das Grundelement und insbesondere vollständig das Grundelement umgebendes Rahmenelement vorgesehen. Dabei kann das Rahmenelement einstückig mit dem den Stecker aufweisenden Bauelement ausgebildet sein oder als separates Bauteil beispielsweise durch Verschrauben, Nieten, Verschweißen oder dergleichen mit dem Bauteil verbunden sein. Dabei ist das Grundelement beweglich verbunden mit dem Rahmenelement insbesondere durch einen Gummifaltenbalg oder ein Federelement. Somit wird eine Beweglichkeit des Grundelements relativ zum Rahmenelement gewährleistet, wodurch eine Feinausrichtung des Steckers ermöglicht wird und hierdurch ein Zusammenstecken mit einem identisch ausgebildeten zweiten Stecker vereinfacht wird.A frame element which at least partially surrounds the base element and in particular completely surrounds the base element is preferably provided. The frame element can be formed in one piece with the component having the plug or can be connected to the component as a separate component, for example by screwing, riveting, welding or the like. The base element is movably connected to the frame element, in particular by a rubber bellows or a spring element. Movability of the base element relative to the frame element is thus ensured, as a result of which fine alignment of the plug is made possible and plugging together with a second plug of identical design is simplified as a result.
Vorzugsweise weist das erste Steckerelement und/oder das zweite Steckerelement ein Sensorelement auf zur Positionsdetektion. Dabei kann das Sensorelement ein Magnetdetektor sein, wie beispielsweise eine Hall-Sonde oder dergleichen zur Detektion des ersten und/oder zweiten Magnetelements. Hierdurch kann eine Position des Steckers relativ zu einem zweiten Stecker erfasst werden und diese relative Position beispielsweise zur Ansteuerung eines Fahrzeugs, welches den erfindungsgemäßen Stecker aufweist, verwendet werden, sodass der Steckvorgang zuverlässig und insbesondere autonom durchgeführt werden kann.The first connector element and/or the second connector element preferably has a sensor element for position detection. In this case, the sensor element can be a magnetic detector, such as a Hall probe or the like for detecting the first and/or second magnetic element. As a result, a position of the plug relative to a second plug can be detected and this relative position can be used, for example, to control a vehicle that has the plug according to the invention, so that the plugging process can be carried out reliably and, in particular, autonomously.
Vorzugsweise ist das Sensorelement als optisches Sensorelement ausgebildet und symmetrisch zum optischen Sensorelement relativ zur Symmetrieachse ist eine Lichtquelle angeordnet. Von der Lichtquelle eines identisch ausgebildeten zweiten Steckers wird somit ein Lichtsignal erzeugt, welches beim Steckvorgang von dem optischen Sensorelement erfasst wird, um hieraus eine relative Position zwischen den zwei Steckern zu ermitteln. Insbesondere handelt es sich bei der optischen Sensoreinheit um einen 2-Quadranten-Sensor, 4-Quadranten-Sensor, einen CCD-Bauteil oder ein CMOS-Bauteil oder ein anderes fotoempfindliches Bauteil. Dabei ist insbesondere das optische Sensorelement im ersten oder im zweiten Steckerelement angeordnet. Entsprechend ist die Lichtquelle im zweiten Steckerelement oder im ersten Steckerelement angeordnet.The sensor element is preferably designed as an optical sensor element and a light source is arranged symmetrically to the optical sensor element relative to the axis of symmetry. A light signal is thus generated by the light source of an identically designed second plug, which is detected by the optical sensor element during the plugging process in order to determine a relative position between the two plugs. In particular, the optical sensor unit is a 2-quadrant sensor, 4-quadrant sensor, a CCD component or a CMOS component or another photosensitive component. In this case, in particular, the optical sensor element is arranged in the first or in the second connector element. Accordingly, the light source is arranged in the second connector element or in the first connector element.
Vorzugsweise wird durch die Lichtquelle ein moduliertes Lichtsignal erzeugt insbesondere zur Datenübertragung im ungekoppelten, sich annähernden Zustand. Somit können bereits Informationen zwischen den zwei durch die Stecker verbindbaren Entitäten ausgetauscht werden, wie beispielsweise Identifikationsmerkmale und/oder Spezifikation als Handshakesignal.A modulated light signal is preferably generated by the light source, in particular for data transmission in the uncoupled, approaching state. Information can thus already be exchanged between the two entities that can be connected by the plugs, such as identification features and/or specification as a handshake signal.
Vorzugsweise wird das Lichtsignal moduliert mit einem Modulationsverfahren, welches eine konstante Intensität liefert. Somit kann das modulierte Lichtsignal einerseits zur Datenübertragung/-ausrausch verwendet werden und gleichzeitig, wie oben beschrieben, zur Bestimmung einer Relativposition zwischen zwei Steckern.The light signal is preferably modulated using a modulation method which provides a constant intensity. Thus, the modulated light signal can be used on the one hand for data transmission/data transmission and at the same time, as described above, for determining a relative position between two plugs.
Vorzugsweise weist der Stecker mindestens ein, insbesondere mindestens zwei Signalpins auf, welche paarweise symmetrisch relativ zur Symmetrieachse angeordnet sind zu einer entsprechenden Anzahl an Signalbuchsen. Durch die vorgesehenen Signalpins, welche im zusammengesteckten Zustand elektrisch verbunden sind mit den Signalbuchsen, können Strömen und/oder elektrischen Signalen übertragen werden.The connector preferably has at least one, in particular at least two, signal pins which are arranged in pairs symmetrically relative to the axis of symmetry with a corresponding number of signal sockets. Through the provided signal pins, which are electrically connected to the signal when plugged together sockets, currents and/or electrical signals can be transmitted.
Vorzugsweise sind die Signalpins und Signalbuchsen weiter beabstandet von der Symmetrieachse als der Kontaktstift bzw. die Verbindungsbuchse. Hierbei wir der Abstand bestimmt senkrecht zu der vorgesehenen Symmetrieachse. Alternativ hierzu sind die Signalpins und Signalbuchsen in einem Randbereich des Grundelements angeordnet. Insbesondere sind die Signalpins und Signalbuchsen an vier gegenüberliegenden Seiten des Grundelements angeordnet. Ist beispielsweise das Grundelement rechteckig, so sind entweder in allen vier Ecken Signalpins oder Signalbuchsen angeordnet oder, alternativ, an allen Seiten jeweils ein Signalpin oder eine Signalbuchse. Somit kann bei einer Trennung von zwei Steckern durch ein Abknicken, diese Bewegung zuverlässig in alle Richtungen detektiert werden durch eine entsprechende Unterbrechung des elektrischen Kontakts zwischen den jeweiligen Signalpins und Signalbuchsen.The signal pins and signal sockets are preferably further away from the axis of symmetry than the contact pin or the connecting socket. In this case, the distance is determined perpendicularly to the intended axis of symmetry. As an alternative to this, the signal pins and signal sockets are arranged in an edge area of the basic element. In particular, the signal pins and signal sockets are arranged on four opposite sides of the basic element. For example, if the basic element is rectangular, signal pins or signal sockets are arranged either in all four corners or, alternatively, one signal pin or one signal socket on each side. Thus, when two plugs are separated by bending, this movement can be reliably detected in all directions by a corresponding interruption of the electrical contact between the respective signal pins and signal sockets.
Insbesondere sind die Signalpins kürzer ausgebildet als der Kontaktstift. Somit erfolgt bei einem Trennen der Stecker zunächst eine Trennung der Signalpins. Hierdurch kann ein Trennvorgang der zwei identisch ausgebildeten Stecker detektiert werden insbesondere bei einer ungewollten Unterbrechung der Steckerverbindung.In particular, the signal pins are shorter than the contact pin. Thus, when the connector is disconnected, the signal pins are first disconnected. As a result, a process of disconnecting the two identically designed plugs can be detected, in particular in the event of an unintentional interruption of the plug connection.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Steckerpaar mit zwei identisch ausgebildeten Steckern wie vorstehend beschrieben. Dabei sind die Steckerflächen insbesondere formschlüssig miteinander verbindbar, sodass durch die jeweiligen Kontaktstifte eine elektrische Verbindung mit dem entsprechenden Verbindungsbuchsen hergestellt werden zur Übertragung eines Stroms und/oder eines elektrischen Signals.Furthermore, the present invention relates to a pair of connectors with two identically designed connectors as described above. In this case, the connector surfaces can be connected to one another in particular in a form-fitting manner, so that the respective contact pins establish an electrical connection with the corresponding connection sockets for the transmission of a current and/or an electrical signal.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein System mit einer Ladestation und mindestens einem insbesondere autonomen Fahrzeug oder mobilen Plattform, wobei die Ladestation und das Fahrzeug jeweils ein identisch ausgebildeten Stecker wie vorstehend beschrieben aufweisen zur Verbindung des Fahrzeugs mit der Ladestation und zur Verbindung des Fahrzeugs mit weiteren Fahrzeugen, welche einen identischen Stecker aufweisen. Insbesondere handelt es sich bei der mobilen Plattform um ein mobiles System, einen Roboter, einen humanoiden Roboter oder dergleichen.Furthermore, the present invention relates to a system with a charging station and at least one, in particular, autonomous vehicle or mobile platform, the charging station and the vehicle each having an identically designed plug as described above for connecting the vehicle to the charging station and for connecting the vehicle to other vehicles , which have an identical connector. In particular, the mobile platform is a mobile system, a robot, a humanoid robot or the like.
Vorzugsweise weist das System mehr als ein insbesondere autonomes Fahrzeug, mobile Plattform, mobiles System, Roboter, humanoiden Roboter oder dergleichen auf. Somit kann mittels demThe system preferably has more than one, in particular, autonomous vehicle, mobile platform, mobile system, robot, humanoid robot or the like. Thus, by means of the
Nachfolgen wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen und Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.The invention is explained in more detail below using preferred embodiments and reference to the attached drawings.
Es zeigen:
-
1 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen hermaphroditischen Steckers und -
2 eine Schnittansicht des hermaphroditischen Steckers gemäß1 .
-
1 an embodiment of the hermaphroditic plug according to the invention and -
2 FIG. 12 is a sectional view of the hermaphrodite plug according to FIG1 .
Der erfindungsgemäße Stecker 20 weist ein Grundelement 22 mit einer Steckerfläche 24 auf. Das Grundelement 22 ist dabei vollständig von einem Rahmenelement 101 umgebend. Das Rahmenelement 101 kann dabei beispielsweise durch Verschrauben mittel Montagebohrungen 102 mit einem Fahrzeug oder einer Ladestation verbunden werden. Das Rahmenelement 101 ist dabei über einem Faltenbalg 103 mit dem Grundelement 24 verbunden, sodass das Grundelement 24 beweglich ist relativ zum Rahmenelement 101. Durch diese Beweglichkeit ist während dem Steckvorgang eine Ausrichtung der miteinander zu verbindenden beiden Stecker möglich und erlaubt somit Toleranzen in der Positionierung der mittels der beiden Stecker zu verbindenden Entitäten zu einander.The
Durch das Grundelement 22 ist auf der Steckerfläche 24 ein erstes Steckerelement 105 ausgebildet, welches von der Steckerfläche 24 hervorsteht und somit einen männlichen Steckerteil bildet. Ebenso ist durch das Grundelement 22 auf der Steckerfläche 24 ein zweites Steckerelement 108 ausgebildet, welches als Vertiefung ausgebildet ist und als weiblicher Steckerteil dient. Dabei ist die Form des ersten Steckerteils 105 entsprechend der Form des zweiten Steckerteils 108. Weiterhin sind der erste Steckerteil 105 und der zweite Steckerteil 108 symmetrisch angeordnet relativ zu einer Symmetrieachse 104, wobei bei Zusammenstecken zweier identischer Stecker somit das erste Steckerelement 105 in ein zweites Steckerelement eines zweiten Steckers eingesteckt wird. Ebenso wird ein erstes Steckerelement des zweiten Steckers in das zweite Steckerelement 108 des Steckers 20 eingesteckt. Hierbei wird durch die symmetrische Anordnung des ersten Steckerelements und des zweiten Steckerelements relativ zu der Symmetrieachse 104 gewährleistet, dass identisch ausgebildete Stecker stetsmiteinander verbunden werden können.A
Dabei ist das erste Steckerelement 105 und ebenso das zweite Steckerelement 108 durch eine Abschrägung 113 umgeben. Durch die Abschrägung 113 wird beim Steckvorgang eine Zentrierung der beiden identisch ausgebildeten Stecker gewährleistet. Gleichzeitig wird durch Abschrägung 113 bei einer Kraft, welche nicht in Steckrichtung wirkt, eine Hebelkraft erzeugt, welche sodann die beiden Stecker beschädigungsfrei trennt.The
Weiterhin weist das erste Steckerelement 105 eine Verbindungsbuchse 109 auf. Symmetrisch relativ zu Symmetrieachse 104 ist am zweiten Steckerelement 108 ein Kontaktstift 110 angeordnet. Beim Zusammenstecken zwei identisch ausgebildeter Stecker wird dabei der Kontaktstift 110 in die Verbindungsbuchse eines zweiten Steckers eingesteckt. Ebenso wird der Kontaktstift des zweiten Steckers in die Verbindungsbuchse 109 des Steckers 20 eingesteckt, sodass durch die jeweiligen Kontaktstifte und Verbindungsbuchsen eine elektrische Verbindung zwischen den Steckern erzeugt wird. Dabei ist es vorteilhaft im zweiten Steckerelement die vorstehenden Kontaktstifte anzuordnen. Wie auf
Weiterhin können Signalpins 112 und Signalbuchsen 111 vorgesehen sein. Hierbei ist es ebenfalls vorteilhaft, dass die Signalpins 112 im zweiten, vertieft ausgebildeten Steckerelement 108 angeordnet sind und nicht über die Steckerfläche 24 hervorstehen. Dementsprechend sind dann die Signalbuchsen 110 im hervorstehenden ersten Steckerelement 105 angeordnet. Dabei sind insbesondere die Signalpins 112 kürzer ausgebildet als die Kontaktstifte 110. Weiterhin ist zumindest ein Signalpin und eine entsprechende Signalbuchse 111 weiter von der gemeinsamen Symmetrieachse 104 beabstandet als der Kontaktstift bzw. die Verbindungsbuchse 109 von der Symmetrieachse 104. Erfolgt somit ein ungewolltes trennen zwei identisch ausgebildeter Stecker beispielsweise durch Verkippen, werden zunächst die Signalpins 112 von den Signalbuchsen 111 getrennt. Hierdurch kann auf eine bevorstehende vollständige Trennung der beiden identisch ausgebildeten Stecker geschlossen werden und beispielsweise ein Stromfluss durch die Kontaktstifte 110 und die Verbindungsbuchsen 109 unterbrochen werden. Weiterhin können die Signalpins 112 und die entsprechenden Signalbuchsen 111 zur Datenübertragung zwischen den miteinander verbundenen Entitäten dienen. Die Anzahl kann dabei beliebig gewählt werden, um ausreichend Leitung zur Datenübertragung bereitzustellen. Im Beispiel der
In der
Weiterhin sind im Grundelement 22 unterhalb der Steckerfläche 24 Magnetelemente 112a, 112b, 113a und 113b angeordnet. Dabei kann die Anzahl der Magnetelemente frei gewählt werden. Im vorliegenden Beispiel sind vier Magnetelemente vorgesehen. Dabei ist ein erstes Magnetelement 112A symmetrisch relativ zur Symmetrieachse 104 angeordnet zu einem zweiten Magnetelement 113A. Weiterhin ist der magnetische Pol des ersten Magnetelements 112 entgegengesetzt dem magnetischen Pol des zweiten Magnetelements 113A. Weist beispielsweise beim ersten Magnetelement 112A der Nordpol in Richtung der Steckerfläche 24, so ist dies beim zweiten Magnetelement 113A der Südpol. Furthermore, 24 magnet elements 112a, 112b, 113a and 113b are arranged in the
Weiterhin sind ein drittes Magnetelement 112B und ein viertes Magnetelement 113B wiederum symmetrisch relativ zur Symmetrieachse 104 angeordnet und weisen entgegengesetzte Magnetpole auf. Wird nun ein zweiter Stecker, welcher identisch ausgebildet ist, mit dem Stecker der
Somit ist ein Stecker geschaffen, welcher vielfältig eingesetzt werden kann. Gleichzeitig weist der Stecker Schutz vor Beschädigung auf für den Fall, dass eine Kraft auf den Stecker wirkt, welche nicht in Steckrichtung wirkt.Thus, a connector is created which can be used in many ways. At the same time, the plug has protection against damage in the event that a force acts on the plug that does not act in the direction of plugging.
Claims (17)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102020121222.4A DE102020121222A1 (en) | 2020-08-12 | 2020-08-12 | Hermaphrodite plug |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE102020121222.4A DE102020121222A1 (en) | 2020-08-12 | 2020-08-12 | Hermaphrodite plug |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE102020121222A1 true DE102020121222A1 (en) | 2022-02-17 |
Family
ID=80000474
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102020121222.4A Pending DE102020121222A1 (en) | 2020-08-12 | 2020-08-12 | Hermaphrodite plug |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102020121222A1 (en) |
Citations (6)
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2020
- 2020-08-12 DE DE102020121222.4A patent/DE102020121222A1/en active Pending
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