DE102020129499A1

DE102020129499A1 - Method and device for preparing a connection between contact carriers

Info

Publication number: DE102020129499A1
Application number: DE102020129499.9A
Authority: DE
Inventors: Thomas Predki; Frank Mathys; Carsten Bonikowski
Original assignee: Stemmann Technik GmbH
Current assignee: Stemmann Technik GmbH
Priority date: 2020-11-09
Filing date: 2020-11-09
Publication date: 2022-05-12

Abstract

Verfahren zur Vorbereitung einer Verbindung zwischen einem ersten Kontaktträger 5 einer ortsfesten Einheit 2 und einem zweiten Kontaktträger 6 einer beweglichen Einheit 3, wobei der erste Kontaktträger 5 mittels einer Verlagerungseinheit (25) relativ zum zweiten Kontaktträger 6 verlagert wird, um eine elektrische Verbindung mit dem zweiten Kontaktträger 6 zu ermöglichen. In dem zweiten Kontaktträger 6 ist wenigstens ein Sender 17 angeordnet, wobei an dem ersten Kontaktträger 5 mehrere ortsfest zueinander positionierte Empfänger R1, R2, R3, R4 für den drahtlosen Empfang der Signale 18 des wenigstens einen Senders 17 angeordnet sind, wobei der wenigstens eine Sender 17 ein gepulstes Signal 18 aussendet, wobei die Empfänger R1, R2, R3, R4 das gepulste Signale 18 zu einem Empfangszeitpunkt empfangen und an eine Auswerteeinheit weiterleiten, um Differenzen der Empfangszeitpunkte zu bestimmen. Aus dem Vergleich mit einem Referenzwert wird die Position des Senders 17 in einer Ebene der Empfänger R1, R2, R3, R4 bestimmt, wobei die Position des ersten Kontaktträgers 5 mittels der Verlagerungseinheit 25 in Abhängigkeit von den Differenzen der Empfangszeitpunkte iterativ so weit verlagert wird, bis die Differenzen der Empfangszeitpunkte einen vorgegeben Toleranzbereich um den Referenzwert unterschreiten, so dass der erste Kontaktträger 5 in einer Position ist, in welcher die Verbindung mit dem zweiten Kontaktträger 6 herstellbar ist.Method for preparing a connection between a first contact carrier 5 of a stationary unit 2 and a second contact carrier 6 of a mobile unit 3, the first contact carrier 5 being displaced relative to the second contact carrier 6 by means of a displacement unit (25) in order to establish an electrical connection with the second Contact carrier 6 to allow. At least one transmitter 17 is arranged in the second contact carrier 6, with a plurality of receivers R1, R2, R3, R4 positioned stationary relative to one another being arranged on the first contact carrier 5 for the wireless reception of the signals 18 of the at least one transmitter 17, with the at least one transmitter 17 emits a pulsed signal 18, with the receivers R1, R2, R3, R4 receiving the pulsed signal 18 at a reception time and forwarding it to an evaluation unit in order to determine differences in the reception times. The position of the transmitter 17 in a plane of the receivers R1, R2, R3, R4 is determined from the comparison with a reference value, with the position of the first contact carrier 5 being iteratively shifted by means of the shifting unit 25, depending on the differences in the reception times, until the differences in the reception times fall below a predetermined tolerance range around the reference value, so that the first contact carrier 5 is in a position in which the connection to the second contact carrier 6 can be established.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorbereitung einer Verbindung zwischen einem ersten Kontaktträger einer ortsfesten Einheit und einem zweiten Kontaktträger einer beweglichen Einheit gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 10.The invention relates to a method for preparing a connection between a first contact carrier of a stationary unit and a second contact carrier of a movable unit according to the features of patent claim 1 and a corresponding device for carrying out the method according to the features of patent claim 10.

Elektrische Ladevorrichtungen dienen zur Energieübertragung zwischen Landeinheiten und beweglichen Schiffseinheiten. Die besondere Schwierigkeit besteht darin, dass ein Schiff beim Anlegen niemals exakt dieselbe Position einnimmt. Die Bewegungen des Schiffs können dabei aus der motorischen Eigenbewegung des Schiffs gegen einen Anleger, dem Wellengang, Schwankungen durch die Beladung mit Fracht sowie durch Tiden hervorgerufen werden. Zudem sind die Bewegungen des Wasserfahrzeuges beim Anlegen selber und auch der durch das Anlegen entstehende Wellengang zu berücksichtigen. Bereits ein vorbeifahrendes weiteres Wasserfahrzeug führt zu Relativbewegungen. Insgesamt sind die Relativbewegungen zwischen dem Wasserfahrzeug und der Landlandeinheit unvorhersehbar.Electrical charging devices are used to transfer energy between land units and mobile ship units. The special difficulty is that a ship never takes exactly the same position when docking. The movements of the ship can be caused by the motorized movement of the ship against a pier, the swell, fluctuations caused by loading with freight and by tides. In addition, the movements of the watercraft itself when docking and also the waves caused by docking must be taken into account. Even another watercraft passing by leads to relative movements. Overall, the relative movements between the watercraft and the land-land unit are unpredictable.

Radfahrzeuge haben ebenfalls keine immer gleichbleibende Parkposition gegenüber einer Ladeinheit.Wheeled vehicles also do not always have a constant parking position in relation to a loading unit.

Eine mechanische Steckverbindung zwischen einem ersten Kontaktträger einer ortsfesten Einheit und einem zweiten Kontaktträger einer beweglichen Einheit (Fahrzeug) steht daher unter der Voraussetzung, dass die Kontaktträger in einer gewünschten Position zueinander angeordnet sind, um eine Steckverbindung zwischen den Kontaktträgern überhaupt herstellen zu können.A mechanical plug-in connection between a first contact carrier of a stationary unit and a second contact carrier of a mobile unit (vehicle) is therefore subject to the condition that the contact carriers are arranged in a desired position relative to one another in order to be able to produce a plug-in connection between the contact carriers at all.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zur Vorbereitung einer Verbindung zwischen einem ersten Kontaktträger einer ortsfesten Einheit und einem zweiten Kontaktträger einer beweglichen Einheit aufzuzeigen, welche eine möglichst autonome Positionierung für die Verbindung ermöglicht. Ferner soll eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens aufgezeigt werden, die besonders geeignet ist, diese Aufgabe zu lösen.The invention is therefore based on the object of demonstrating a method for preparing a connection between a first contact carrier of a stationary unit and a second contact carrier of a movable unit, which enables positioning for the connection to be as autonomous as possible. Furthermore, a device for carrying out the method is to be shown which is particularly suitable for solving this problem.

Die Erfindung wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist Gegenstand des Patentanspruchs 10.The invention is solved by a method with the features of patent claim 1. A device for carrying out the method is the subject of patent claim 10.

Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.The dependent claims relate to advantageous developments of the invention.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Vorbereitung einer Verbindung zwischen einem ersten Kontaktträger einer ortsfesten Einheit und einem zweiten Kontaktträger einer beweglichen Einheit. Eine bewegliche Einheit ist insbesondere ein Land-, Luft- oder Wasserfahrzeug, während die ortsfeste Einheit stationär angeordnet ist. Ein Beispiel für eine ortsfeste Einheit ist eine Ladestation in einem Hafen, um ein Wasserfahrzeug zu laden, das an einer Anlegestelle festgemacht hat. Denkbar ist auch ein System bestehend aus einem Radfahrzeug als bewegliche Einheit, beispielsweise ein schienenungebundenes Fahrzeug, wie zum Beispiel ein Bus oder Lkw, der durch vertikale mechanische Kopplung mit einem Kontaktträger einer ortsfesten Einheit aufgeladen werden soll.The method according to the invention serves to prepare a connection between a first contact carrier of a stationary unit and a second contact carrier of a movable unit. A mobile unit is in particular a land, air or water vehicle, while the stationary unit is arranged in a stationary manner. An example of a fixed unit is a charging station in a harbor to charge a watercraft that is moored at a dock. A system consisting of a wheeled vehicle as a mobile unit is also conceivable, for example a rail-bound vehicle such as a bus or truck, which is to be charged by vertical mechanical coupling with a contact carrier of a stationary unit.

Ein Kontaktträger im Sinne der Erfindung ist eine Baugruppe, welche mindestens einen elektrischen Kontakt, vorzugsweise mehrere, mit einem weiteren Kontaktträger zu verbindende elektrische Kontakte aufweist, insbesondere im Sinne eines Stecker- und Buchsensystems. Welcher der Kontaktträger als Stecker und welche als Buchse dient ist unerheblich. Das Grundprinzip basiert darauf, dass nach dem Positionieren der beweglichen Einheit mit dem zweiten Kontraktträger, d. h. des Wasser- oder Landfahrzeuges, die ortsfeste Einheit mit dem ersten Kontaktträger in die gewünschte Position zur Vorbereitung der elektrisch leitenden Verbindung mit dem zweiten Kontaktträger gebracht wird. Hierzu besitzt der erste Kontaktträger eine Verlagerungseinheit, um den ersten Kontaktträger relativ zum zweiten Kontaktträger zu verlagern. Durch das Annähern der Kontaktträger und korrektes Positionieren soll eine elektrische Verbindung mit dem zweiten Kontaktträger ermöglicht werden.A contact carrier within the meaning of the invention is an assembly which has at least one electrical contact, preferably a plurality of electrical contacts to be connected to a further contact carrier, in particular in the sense of a plug and socket system. Which of the contact carriers is used as a plug and which as a socket is irrelevant. The basic principle is based on the fact that after positioning the mobile unit with the second contract carrier, i. H. of the watercraft or land vehicle, the stationary unit with the first contact carrier is brought into the desired position in preparation for the electrically conductive connection with the second contact carrier. For this purpose, the first contact carrier has a displacement unit in order to displace the first contact carrier relative to the second contact carrier. By bringing the contact carriers closer together and positioning them correctly, an electrical connection with the second contact carrier is to be made possible.

Das Ermöglichen der elektrischen Verbindung dient insbesondere zur Energie- und bevorzugt auch zur Datenübertragung. Das Ermöglichen der elektrischen Verbindung kann manuell erfolgen, vorzugsweise aber automatisiert. Unter dem Ermöglichen einer manuellen Verbindung ist beispielsweise zu verstehen, dass der erste Kontaktträger ein oder mehrere Kabel mit Steckern an den Enden (Kontakte) nahe zum zweiten Kontaktträger transportiert. Der zweite Kontaktträger, beispielsweise Buchsen an Bord eines Schiffes, soll mit den Kabeln verbunden werden. Hierzu kann ein Mitarbeiter die Kabel mit den Steckern aus dem ersten Kontaktträger herausziehen und den Kontakt mit dem zweiten Kontaktträger manuell herstellen. In diesem Sinne stellt nicht der Kontaktträger selbst bei dem erfindungsgemäßen Verfahren unmittelbar den Kontakt her, sondern mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Kontaktträger nur soweit in die Nähe des zweiten Kontaktträgers gebracht, damit dieser beispielweise nur eine Armlänge von der Steckverbindung entfernt ist. Wenn die elektrische Verbindung ohne manuellen Eingriff hergestellt werden kann, ist dies die bevorzugte Kopplungsmethode zur Herstellung einer Verbindung, insbesondere einer Steckverbindung.Enabling the electrical connection serves in particular to transmit energy and preferably also to transmit data. Enabling the electrical connection can be done manually, but is preferably automated. Allowing manual connection means, for example, that the first contact carrier transports one or more cables with plugs at the ends (contacts) close to the second contact carrier. The second contact carrier, for example sockets on board a ship, is to be connected to the cables. To do this, an employee can pull the cable with the plugs out of the first contact carrier and manually establish contact with the second contact carrier. In this sense, the contact carrier itself does not make the contact directly in the method according to the invention, but with the method according to the invention the contact carrier is only brought so close to the second contact carrier that it is, for example, only an arm's length away from the plug connection. If the electrical connection without manual Len engagement can be made, this is the preferred coupling method for making a connection, especially a plug connection.

Zur Vorbereitung der Verbindung ist an dem zweiten Kontaktträger, d. h. an der beweglichen Einheit, z. B. an einem Schiff, wenigstens ein Sender angeordnet. Zudem sind an dem ersten Kontaktträger mehrere ortsfest zueinander positionierte Empfänger für den drahtlosen Empfang der Signale des wenigstens einen Senders angeordnet. Der wenigstens eine Sender sendet ein gepulstes Signal aus. Die Empfänger empfangen das gepulste Signal zu einem Empfangszeitpunkt. Eine Auswerteeinheit erfasst den jeweiligen Empfangszeitpunkt des gepulsten Signals. Je nach Position des Senders relativ zu den Empfängern sind die Laufzeiten des Signals unterschiedlich. Die Unterschiede zwischen den Empfangszeitpunkten lassen Rückschlüsse zu, ob sich der Sender näher an einem ersten oder an einem zweiten Empfänger befindet. Stimmen die Empfangszeitpunkte überein, ergeben sich identische Signallaufzeiten und damit identische Abstände zwischen dem Sender und den beiden oder den mehreren Empfängern. Die Auswerteeinheit bestimmt diese Differenzen der Empfangszeitpunkte. Es folgt ein Vergleich mit einem Referenzwert. Durch diesen Vergleich kann die Position des Senders innerhalb einer Ebene des Empfängers bestimmt werden. Es handelt sich um eine 2D-Ortsbestimmung, die keine Rückschlüsse darauf zulässt, wie weit der Empfänger noch senkrecht zu der Ebene der Sender entfernt ist, sondern lässt lediglich Rückschlüsse dahingehend zu, ob der Sender beispielsweise zentriert zwischen den Empfängern angeordnet ist. Es ist nicht zwingend erforderlich, dass der Sender zentriert angeordnet ist. Der Sender kann auch exzentrisch angeordnet sein. Wichtig ist, dass durch einen Vergleich mit einem Referenzwert festgestellt werden kann, welche 2D-Position der Sender relativ zu den Empfängern eingenommen hat. Aus der Position des Senders wird auf die Position der Kontakte geschlossen. Der Referenzwert stellt den Sollzustand dar, bei welchem Stecker und Buchse in der richtigen Position sind.To prepare the connection is on the second contact carrier, d. H. on the moving unit, e.g. B. on a ship, arranged at least one transmitter. In addition, a plurality of receivers positioned in a fixed position relative to one another are arranged on the first contact carrier for the wireless reception of the signals of the at least one transmitter. The at least one transmitter emits a pulsed signal. The receivers receive the pulsed signal at a reception time. An evaluation unit records the respective reception time of the pulsed signal. Depending on the position of the transmitter relative to the receivers, the propagation times of the signal are different. The differences between the reception times allow conclusions to be drawn as to whether the transmitter is closer to a first or a second receiver. If the reception times match, the signal propagation times are identical and the distances between the transmitter and the two or more receivers are therefore identical. The evaluation unit determines these differences in the reception times. A comparison with a reference value follows. The position of the transmitter within a plane of the receiver can be determined by this comparison. It is a 2D localization that does not allow any conclusions to be drawn as to how far away the receiver is perpendicular to the plane of the transmitters, but only allows conclusions to be drawn as to whether the transmitter is, for example, arranged centrally between the receivers. It is not absolutely necessary for the transmitter to be centered. The transmitter can also be arranged eccentrically. It is important that a comparison with a reference value can be used to determine which 2D position the transmitter has taken relative to the receivers. The position of the contacts is deduced from the position of the transmitter. The reference value represents the target state in which the plug and socket are in the correct position.

Im Rahmen eines iterativen Prozesses wird die Position des ersten Kontaktträgers, d. h. der Empfänger, mittels der Verlagerungseinheit in Abhängigkeit von den Differenzen der Empfangszeitpunkte so verändert, bis die Differenzen der Empfangszeitpunkte einen vorgegebenen Wertebereich einhalten bzw. einen vorgegebenen Grenzwert unterschreiten. Die Grenzwerte sind die oberen und unteren Grenzen eines Toleranzbereiches um den Referenzwert. In der Zielposition, in welcher die gewünschten Werte eingehalten werden, befindet sich der erste Kontaktträger in einer Position, in welcher die Steckverbindung mit dem zweiten Kontaktträger herstellbar ist.As part of an iterative process, the position of the first contact carrier, i. H. the receiver, is changed by means of the displacement unit as a function of the differences in the reception times until the differences in the reception times comply with a predefined value range or fall below a predefined limit value. The limit values are the upper and lower limits of a tolerance range around the reference value. In the target position, in which the desired values are maintained, the first contact carrier is in a position in which the plug-in connection with the second contact carrier can be established.

Um die Steckverbindung tatsächlich herzustellen, kann es erforderlich sein, den ersten Kontaktträger näher zum zweiten Kontaktträger zu bewegen. Auch während dieser Bewegung wird die Position nach dem vorgenannten Verfahren vorzugsweise kontinuierlich überprüft und gegebenenfalls korrigiert, d. h. nachgeführt. Auf diese Weise wird die korrekte Positionierung vor der Kontaktherstellung zu jedem Zeitpunkt gewährleistet.In order to actually establish the plug connection, it may be necessary to move the first contact carrier closer to the second contact carrier. During this movement, too, the position is preferably continuously checked and, if necessary, corrected according to the aforementioned method, i. H. tracked. This ensures correct positioning before contact is made at all times.

Das erfindungsgemäße Verfahren basiert vorzugsweise auf der Verwendung von Ultraschallsignalen. Das Verfahren zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass vor der Herstellung der Verbindung nicht zwangsläufig eine Kommunikation im Sinne eines Datenaustausches zwischen z. B. einem Wasserfahrzeug und der ortsfesten Einheit erfolgen muss. Die ortsfeste Einheit mit dem ersten Kontaktträger erkennt allein durch die Annäherung des zweiten Kontaktträgers und durch das von dort ausgehende Ultraschallsignal, wie die ortsfeste Einheit positioniert werden soll.The method according to the invention is preferably based on the use of ultrasonic signals. The method is characterized in particular by the fact that before the connection is established, communication in the sense of an exchange of data between e.g. B. a watercraft and the stationary unit must be done. The stationary unit with the first contact carrier recognizes how the stationary unit is to be positioned solely through the approach of the second contact carrier and through the ultrasonic signal emanating from there.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst insbesondere den Schritt, dass bei Annähern eines zweiten Kontaktträgers relativ zum ersten Kontaktträger nicht nur eine Vorbereitung der Verbindung im Sinne einer Positionierung durchgeführt wird sondern das tatsächlich auch eine Koppelung der Kontaktträger erfolgt.The method according to the invention includes in particular the step that when a second contact carrier approaches relative to the first contact carrier, not only is preparation of the connection carried out in the sense of positioning, but that the contact carriers are actually also coupled.

Bevorzugt werden die ausgesendeten Signale von vier Empfängern empfangen, die so in einer Ebene angeordnet sind, dass in der Richtung, in welcher zwei der Empfänger angeordnet sind, eine Differenzzeitmessung zwischen den beiden beabstandeten Empfängern erfolgt und einer bestimmten Orientierung einer Verlagerungsachse der Verlagerungseinheit zugeordnet wird. Bei einer horizontalen Verlagerungsachse sind die zwei der Empfänger vorzugsweise horizontal im Abstand zueinander angeordnet. Bei einer zusätzlichen vertikalen Verlagerungsachse sind zwei der Empfänger vorzugsweise vertikal übereinander angeordnet. Dementsprechend sind bei vier Empfängern und zwei Verlagerungsachsen die Empfänger vorzugsweise in Rechteckform oder Rautenform angeordnet. Die Rauten- oder Kreuzform hat den Vorteil, dass die Diagonalen in Horizontalrichtung und Vertikalrichtung verlaufen. Das ermöglicht gegenüber der Rechteck- oder Quadratanordnung größere Abstände zwischen den Empfängern und damit eine bessere Auflösung und Signalauswertung.The transmitted signals are preferably received by four receivers which are arranged in one plane such that in the direction in which two of the receivers are arranged, a difference in time is measured between the two spaced-apart receivers and a specific orientation of a displacement axis of the displacement unit is assigned. In the case of a horizontal displacement axis, the two of the receivers are preferably arranged horizontally at a distance from one another. In the case of an additional vertical displacement axis, two of the receivers are preferably arranged vertically one above the other. Accordingly, with four receivers and two displacement axes, the receivers are preferably arranged in a rectangular or diamond shape. The diamond or cross shape has the advantage that the diagonals run horizontally and vertically. Compared to the rectangular or square arrangement, this enables larger distances between the receivers and thus better resolution and signal evaluation.

Die vorgenannten Empfänger in Kombination mit dem Sender, dienen zur Nahfeldpositionierung. Zusätzlich kann eine Weitfeldpositionierung vorgesehen sein, die der Nahfeldpositionierung zeitlich vorausgeht. Zur Weitfeldpositionierung können Sender und Empfänger mit größeren Abstrahl- und Empfangswinkeln verwendet werden, sodass ein größerer Arbeitsbereich erlaubt wird. Die Weitfeldpositionierung kann nach demselben Prinzip erfolgen.The aforementioned receivers in combination with the transmitter are used for near-field positioning. In addition, wide field positioning can be provided hen that precedes the near-field positioning in time. Transmitters and receivers with larger emission and reception angles can be used for wide-field positioning, allowing for a larger working range. Wide field positioning can be done on the same principle.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere um eine Fernortung, insbesondere um eine Schiffsortung an einem Schiffsanleger ergänzt werden. Hierzu kann die ortsfeste Einheit mit einem am Schiffsanleger angeordneten Ortungssystem gekoppelt sein oder werden, welches die Position des Wasserfahrzeuges bestimmt, um die ortsfeste Einheit in horizontaler und/oder vertikaler Richtung in eine Vorposition zu verlagern.The method according to the invention can in particular be supplemented by remote location, in particular by ship location at a ship's pier. For this purpose, the stationary unit can be or will be coupled to a positioning system arranged on the pier, which determines the position of the watercraft in order to move the stationary unit horizontally and/or vertically into a pre-position.

Hierzu können beispielsweise entlang des Schiffsanlegers Empfänger angeordnet sein die frühzeitig erkennen, wenn ein Schiff einläuft. Der erste Kontaktträger, der an einem sogenannten Charging-Tower angeordnet sein kann, kann dadurch bereits in eine Vorposition verlagert werden.For this purpose, for example, receivers can be arranged along the ship's pier, which recognize early on when a ship is arriving. The first contact carrier, which can be arranged on a so-called charging tower, can thus already be shifted into a pre-position.

Gegebenenfalls ist es auch möglich, Sensoren entlang des Schiffsanlegers so zu positionieren, dass auch eine vertikale Position des Wasserfahrzeuges erfasst wird, um eine noch bessere Vorposition anfahren zu können. Die ideale Vorposition ist dann erreicht, wenn der Koppelungsvorgang keine größeren Korrekturen der Position des Kontaktträgers erfordert.If necessary, it is also possible to position sensors along the jetty in such a way that a vertical position of the watercraft is also detected in order to be able to approach an even better pre-position. The ideal pre-position is reached when the coupling process does not require major corrections to the position of the contact carrier.

Die gesamte Steuerung des Kontaktträgers kann durch die Auswertung über Mikro-Controller oder ein programmierbares Logikgatter erfolgen (FPGA/Field Programmable Gate Area). Durch FPGAs ist eine sehr schnelle Signalverarbeitung sowie eine flexible Änderung der Schaltung möglich. Die Signalauswertung kann auch über SPS erfolgen. Die Signalverarbeitung erfolgt maßgeblich durch die Ausgabe der Differenzzeiten für die nachgelagerte Steuerung des Kontaktträgers, um ihn in die richtige Position zu bewegen. Es werden die einzelnen Differenzen der Empfangszeitpunkte zur Ausgabe eines Richtungsvektors verwendet.The entire control of the contact carrier can take place through evaluation via a microcontroller or a programmable logic gate (FPGA/Field Programmable Gate Area). FPGAs enable very fast signal processing and flexible changes to the circuit. The signal evaluation can also be done via PLC. The signal processing takes place primarily through the output of the difference times for the downstream control of the contact carrier in order to move it into the correct position. The individual differences in the reception times are used to output a direction vector.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist es möglich, dass über die Signale des Senders codierte Daten zu wenigstens einem der Empfänger übertragen werden. Die Übertragung von Daten dient insbesondere der Übertragung von Zustandsdaten, beispielsweise via Pulsweitmodulation oder Frequenzmodulation. Beispielsweise kann eine Impulslänge von 1 ms bedeuten, dass ein Wasserfahrzeug noch nicht zum Laden bereit ist. Eine Impulslänge von 3 ms kann hingegen signalisieren, dass das Wasserfahrzeug zum Laden bereit ist. Weitere Beispiele sind, dass bei einer Impulslänge von 1 ms die ortsfeste Einheit positioniert wird und der erste Kontaktträger folgt, aber nicht ausfährt um die Steckverbindung herzustellen. Wird das Signal von Wasserfahrzeug, d. h. vom zweiten Kontaktträger auf 3 ms verlängert wird signalisiert, dass der erste Kontaktträger ausfahren kann, um die elektrische Steckverbindung herzustellen bzw. um die Kontaktträger zu koppeln.In a development of the invention, it is possible for coded data to be transmitted to at least one of the receivers via the signals from the transmitter. The transmission of data serves in particular to transmit status data, for example via pulse width modulation or frequency modulation. For example, a pulse length of 1 ms may mean that a vessel is not yet ready for loading. On the other hand, a pulse length of 3 ms can signal that the vessel is ready for charging. Other examples are that with a pulse length of 1 ms, the stationary unit is positioned and the first contact carrier follows, but does not move out to establish the plug connection. If the signal from watercraft, i. H. extended to 3 ms by the second contact carrier signals that the first contact carrier can move out in order to establish the electrical plug connection or to couple the contact carrier.

Auf diese Weise kann auf eine zusätzliche Schnittstelle z. B. WLAN für den Signalaustausch rudimentärer Systeme verzichtet werden.In this way, an additional interface z. B. WLAN for the signal exchange of rudimentary systems can be dispensed with.

In einer Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass der zweite Kontaktträger nach dem Positionieren in Richtung zum ersten Kontaktträger bewegt wird, um selbsttätig eine Steckverbindung durch horizontale und/oder vertikale Kopplung zwischen den Kontakteinheiten herzustellen. Die Signale zur Kopplung können vom zweiten Kontaktträger, d. h. von der beweglichen Einheit ausgehen, da der Energiefluss in der Regel von der ortsfesten Einheit zur beweglichen Einheit erfolgt. Die horizontale und/oder vertikale Kopplung steht stellvertretend für unterschiedliche Anwendungsfälle. Bei einem sogenannten Ferry-Charger, bei welchem der erste Kontaktträger an Land in Richtung zum zweiten Kontaktträger an Bord eines Schiffes verlagert werden soll, erfolgt die Kopplung in der Regel in horizontaler Richtung. Bei einem sogenannten Bow-Charger kann die mechanische Kopplung auch über die vertikale Richtung erfolgen. Systeme, bei denen keine feste Kopplung, sondern nur eine 2-D-Positionierung der Übergabeeinheit und eine vertikale Nachführung erfolgen soll, sind ebenso möglich. Dies erfordert eine horizontale und/oder vertikale Verlagerung. Die finale Kopplung erfolgt jedoch manuell.In a development of the method, it is provided that the second contact carrier is moved in the direction of the first contact carrier after positioning in order to automatically produce a plug-in connection by means of horizontal and/or vertical coupling between the contact units. The signals for coupling can from the second contact carrier, i. H. emanate from the mobile unit, since the energy flow is usually from the stationary unit to the mobile unit. The horizontal and/or vertical coupling represents different applications. In a so-called ferry charger, in which the first contact carrier on land is to be relocated in the direction of the second contact carrier on board a ship, the coupling usually takes place in the horizontal direction. In the case of a so-called bow charger, the mechanical coupling can also take place via the vertical direction. Systems in which there is no fixed coupling but only 2D positioning of the transfer unit and vertical tracking are also possible. This requires a horizontal and/or vertical shift. However, the final coupling is done manually.

Zum Laden von Radfahrzeugen, wie z. B. Bussen, kann auch beispielsweise ein mobiler Pantograph verwendet werden, der entlang einer Schleifleitung längs über einem Bus oder einem Lastkraftwagen positioniert wird, bis er sich über den Kontaktleisten des Busses befindet. Der erste Kontaktträger entspricht in diesem Fall dem Pantographen einer ortsfesten Einheit. Der zweite Kontaktträger ist das Gegenstück am ortsungebundenen Kraftfahrzeug. Die elektrische Verbindung ist in diesem Fall keine Steckverbindung. Die Kontakte liegen aufeinander auf.For loading wheeled vehicles such. B. buses, can also be used, for example, a mobile pantograph, which is positioned along a conductor rail lengthways over a bus or truck until it is located over the contact strips of the bus. In this case, the first contact carrier corresponds to the pantograph of a stationary unit. The second contact carrier is the counterpart on the mobile vehicle. In this case, the electrical connection is not a plug-in connection. The contacts are on top of each other.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht daher auch eine rein vertikale oder rein horizontale Nachführung (1D-Ortung). Bei einer 1D-Ortung sind nur zwei Empfänger erforderlich. Wenn sich z. B. ein Bus im Bereich einer vorgegebenen Fahrspur befindet, kann ebenfalls eine 1-D-Ortung ausreichend sein, um den ersten Kontaktträger an der richtigen Stelle abzusenken.The method according to the invention therefore also enables purely vertical or purely horizontal tracking (1D location). Only two receivers are required for 1D localization. If e.g. B. a bus is in the area of a given lane, a 1-D localization can also be sufficient to lower the first contact carrier at the right place.

Wenn keine feste Kopplung erfolgen soll, sondern nur eine 2-D-Positionierung der Übergabeeinheit für eine nachfolgende manuelle Kopplung, sind vier Sensoren zweckmäßig. Theoretisch ist auch eine Anwendung mit drei Sensoren möglich.If no fixed coupling is to take place, but only a 2D positioning of the transfer unit for subsequent manual pairing, four sensors are appropriate. Theoretically, an application with three sensors is also possible.

Eine zusätzliche 3-D-Ortung kann z. B. mittels einer Laufzeitmessung erfolgen. Hierzu kann ein Trägersignal, beispielsweise vom ersten Kontaktträger, ausgelöst und auch wieder empfangen werden. Auch hierbei kann es sich um ein gepulstes Ultraschallsignal handeln. Die Signaleinheit am zweiten Kontaktträger erkennt den Initialimpuls und antwortet umgehend mit einem Antwortimpuls. Die Signallaufzeit zwischen Senden des Initialimpulses und dem Empfangen des Antwortimpulses gibt Ausschluss über den Abstand. Bei diesem Verfahren wird mithin ein zweiter Sender, insbesondere am ersten Kontaktträger verwendet Die Auswertung der Signallaufzeiten kann an der ortsfesten Einheit unmittelbar in Steuersignale zur Bahnsteuerung umgesetzt werden.An additional 3D localization can e.g. B. by means of a runtime measurement. For this purpose, a carrier signal, for example from the first contact carrier, can be triggered and also received again. This can also be a pulsed ultrasonic signal. The signal unit on the second contact carrier recognizes the initial impulse and responds immediately with a response impulse. The signal propagation time between sending the initial impulse and receiving the response impulse gives an indication of the distance. In this method, a second transmitter is therefore used, in particular on the first contact carrier. The evaluation of the signal propagation times can be converted directly into control signals for trajectory control on the stationary unit.

Die Erfindung betrifft nicht nur ein Verfahren zur Vorbereitung einer Verbindung, sondern auch eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Die besagte Vorrichtung weist die oben genannte ortsfeste Einheit mit einem ersten Kontaktträger und die bewegliche Einheit mit einem zweiten Kontaktträger auf sowie eine Verlagerungseinheit, um den ersten Kontaktträger relativ zum zweiten Kontaktträger zu verlagern, um schließlich eine elektrische Verbindung mit dem zweiten Kontaktträger zu ermöglichen. An dem zweiten Kontaktträger ist ein Sender angeordnet und an dem ersten Kontaktträger sind mehrere ortsfeste miteinander positionierte Empfänger für den drahtlosen Empfang der Signale des wenigstens einen Senders angeordnet. Der Sender sendet gepulste Signale aus und die Empfänger leiten die empfangenen Signale an eine Auswerteeinheit, wo die Differenzen der Empfangszeitpunkte bestimmt werden und aus dem Vergleich mit einem Referenzwert die Position des Senders in einer Ebene der Empfänger bestimmt wird. Eine Steuereinheit dient dazu, die Differenzen der Empfangszeitpunkte in Steuersignale für die Verlagerungseinheit umzuwandeln, d. h. in Vektordaten, sodass die Position des ersten Kontaktträgers mittels der Verlagerungseinheit in Abhängigkeit von den Differenzen der Empfangszeitpunkte iterativ soweit verändert wird, bis die Differenzen der Empfangszeitpunkte einen vorgegebenen Wert einhalten, sodass der erste Kontaktträger schließlich in einer Position ist, die eine elektrische Verbindung, insbesondere eine Steckverbindung, mit dem zweiten Kontaktträger ermöglichen. Für eine 2-D-Positionierung kommen vorzugsweise vier Empfänger zum Einsatz. Die gepulsten Signale sind vorzugsweise Ultraschallsignale. Die bewegliche Einheit ist vorzugsweise an einem Wasserfahrzeug, insbesondere an einem Schiff, wie zum Beispiel einer Fähre, angeordnet. Die ortsfeste Einheit ist in diesem Fall eine Landeinheit, die an einem Schiffsanleger angeordnet ist, beispielsweise an einem Kai. Durch horizontale und/oder vertikale Verlagerung des ersten Kontaktträgers kann eine elektrische Steckverbindung zwischen den Kontaktträgern automatisiert hergestellt werden. Die Erfindung ist nicht auf Wasserfahrzeuge beschränkt.The invention relates not only to a method for preparing a connection, but also to a suitable device for carrying out the method. Said device comprises the above-mentioned stationary unit with a first contact carrier and the movable unit with a second contact carrier, and a displacement unit for displacing the first contact carrier relative to the second contact carrier, to finally allow an electrical connection with the second contact carrier. A transmitter is arranged on the second contact carrier and a plurality of stationary receivers positioned with one another for the wireless reception of the signals of the at least one transmitter are arranged on the first contact carrier. The transmitter emits pulsed signals and the receivers forward the received signals to an evaluation unit, where the differences in the reception times are determined and the position of the transmitter in a plane of the receivers is determined from the comparison with a reference value. A control unit serves to convert the differences in the reception times into control signals for the displacement unit, i. H. in vector data, so that the position of the first contact carrier is changed iteratively by means of the displacement unit, depending on the differences in the reception times, until the differences in the reception times comply with a predetermined value, so that the first contact carrier is finally in a position that allows an electrical connection, in particular allow a plug connection with the second contact carrier. Four receivers are preferably used for 2D positioning. The pulsed signals are preferably ultrasonic signals. The mobile unit is preferably arranged on a watercraft, in particular on a ship, such as a ferry. The stationary unit in this case is a land unit located at a ship dock, for example a quay. By horizontally and/or vertically shifting the first contact carrier, an electrical plug-in connection between the contact carriers can be produced in an automated manner. The invention is not limited to watercraft.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den rein schematischen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung mit zwei Kontaktträgern;
2 ein Schaubild der Funktionskomponenten der Vorrichtung der 1;
3 eine perspektivische Darstellung von Positionen eines Senders in Bezug zu Sensoren und
4 ein Schaubild zur Veranschaulichung der Signallaufzeiten des Senders der 3.

The invention is explained in more detail below with reference to exemplary embodiments illustrated in the purely schematic drawings. Show it:

1 a schematic representation of a device with two contact carriers;
2 a diagram of the functional components of the device of FIG 1 ;
3 a perspective view of positions of a transmitter in relation to sensors and
4 a diagram to illustrate the signal propagation times of the transmitter 3 .

Die 1 zeigt eine Vorrichtung 1, die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Vorbereitung einer Verbindung zwischen Kontaktträgern verwendet wird. Die Vorrichtung 1 basiert immer auf dem Zusammenspiel zwischen einer ortsfesten Einheit 2 und einer beweglichen Einheit 3. Die bewegliche Einheit 3 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Wasserfahrzeug, nämlich ein Schiff, das an einem Schiffsanleger 4 anlegt. Ein erster Kontaktträger 5 ist an der ortsfesten Einheit 2 angeordnet, d. h. an Land. Ein zweiter Kontaktträger 6 befindet sich an der beweglichen Einheit 3, d. h. an Bord. Eine Verbindung zwischen den Kontaktträgern 5, 6 kann hergestellt werden, indem der erste Kontaktträger 5 entlang des Pfads P bewegt wird.the 1 1 shows a device 1 used in the method according to the invention for preparing a connection between contact carriers. The device 1 is always based on the interaction between a stationary unit 2 and a mobile unit 3. In this exemplary embodiment, the mobile unit 3 is a watercraft, namely a ship, which docks at a pier 4. A first contact carrier 5 is arranged on the stationary unit 2, ie on land. A second contact carrier 6 is located on the mobile unit 3, ie on board. A connection between the contact carriers 5, 6 can be established by moving the first contact carrier 5 along the path P.

Auch wenn das erfindungsgemäße Verfahren immer auf einen ersten Kontaktträger 5 und einen zweiten Kontaktträger 6 abstellt, ist für einen Fachmann klar, dass es eine Vielzahl von zweiten Kontaktträgern 6 an unterschiedlichen beweglichen Einheiten 3 geben kann. Das bedeutet, dass der Kontaktträger 5 der ortsfesten Einheit 2 mit einer Vielzahl von Kontaktträgern 6 an Schiffen gekoppelt werden kann. In anderen Häfen sind weitere landseitige Kontaktträger 5 angeordnet.Even if the method according to the invention is always based on a first contact carrier 5 and a second contact carrier 6, it is clear to a person skilled in the art that there can be a large number of second contact carriers 6 on different movable units 3. This means that the contact carrier 5 of the stationary unit 2 can be coupled to a large number of contact carriers 6 on ships. Other land-side contact carriers 5 are arranged in other ports.

Der zweite Kontaktträger 6 weist bei diesem Ausführungsbeispiel vier Kontakte 7 - 10 auf, die mit entsprechenden gegengleich positionierten Kontakten 11 - 14 am ersten Kontaktträger 5 in Überdeckung und zur Herstellung einer Steckverbindung in Kontakt gebracht werden sollen. Der erste Kontaktträger 5 wird in X-, Y- oder Z-Richtung verlagert. Hierzu ist der erste Kontaktträger 5 an einem Träger 15 in Form eines verlagerbaren Arms befestigt. Der Träger 15 ist in nicht näher dargestellter Weise mit einer Basisstation 16 verbunden. Die Basisstation 16 umfasst ferner eine Steuereinheit sowie Anschlüsse um Energie von der Basisstation 16 über die beiden Kontaktträger 5 und 6 zu der beweglichen Einheit 3 zu leiten. Die Basisstation 16 mit dem Träger 15 bildet eine Verlagerungseinheit 25.In this exemplary embodiment, the second contact carrier 6 has four contacts 7-10, which are to be brought into contact with corresponding oppositely positioned contacts 11-14 on the first contact carrier 5 to overlap and to produce a plug-in connection. The first contact carrier 5 is displaced in the X, Y or Z direction. For this purpose, the first contact carrier 5 is attached to a carrier 15 in the form of a displaceable arm. The carrier 15 is in a manner not shown with a base station 16 connected. The base station 16 also includes a control unit and connections for conducting energy from the base station 16 via the two contact carriers 5 and 6 to the movable unit 3 . The base station 16 with the carrier 15 forms a displacement unit 25.

Die Positionierung des ersten Kontaktträgers 5 gegenüber dem zweiten Kontaktträger 6 erfolgt unter Zuhilfenahme von Ultraschallsignalen. Ein Sender 17 ist im Bereich des zweiten Kontaktträgers 6 angeordnet und sendet ein gepulstes Signal 18 aus. Das gepulste Signal 18 ist zu der ersten Kontakteinheit 5 gerichtet. Im Eckbereich der ersten Kontakteinheit 5 sind vier Empfänger R1 - R4 angeordnet. Diese Empfänger R1 - R4 empfangen das ausgesendete Signal 18 und führen es einer Auswertungseinheit zu, wie sie in 2 dargestellt ist. Die nähere Funktionsweise wird anhand der 3 und 4 erläutert.The first contact carrier 5 is positioned relative to the second contact carrier 6 with the aid of ultrasonic signals. A transmitter 17 is arranged in the area of the second contact carrier 6 and emits a pulsed signal 18 . The pulsed signal 18 is directed to the first contact unit 5 . In the corner area of the first contact unit 5, four receivers R1-R4 are arranged. These receivers R1 - R4 receive the transmitted signal 18 and feed it to an evaluation unit as shown in 2 is shown. The more detailed functionality is based on the 3 and 4 explained.

Bevor jedoch die Feinpositionierung erfolgt, ist eine Grobpositionierung der ersten Kontakteinheit 5 vorgesehen. Dies erfolgt über ein Ortungssystem 19, das am Schiffsanleger 4 angeordnet ist. Über dieses Ortungssystem 19 können Positionsdaten des Wasserfahrzeugs bzw. der beweglichen Einheit 3 vorbestimmt werden, um die ortsfeste Einheit 2 in horizontaler und/oder vertikaler Richtung in eine Vorposition zu verlagern.However, before the fine positioning takes place, a rough positioning of the first contact unit 5 is provided. This takes place via a positioning system 19 which is arranged on the pier 4 . Position data of the watercraft or of the mobile unit 3 can be predetermined via this positioning system 19 in order to shift the stationary unit 2 in a horizontal and/or vertical direction to a pre-position.

Nachdem oder während die beiden Kontaktträger 5, 6 in die gewünschte 2D-Position verlagert worden sind, kann über einen weiteren Sender 20 am ersten Kontaktträger 5 der Abstand zwischen den Kontaktträgern 5, 6 bestimmt werden. In einer ersten Bauform kann durch Messung der Signallaufzeiten der vom zweiten Kontaktträger 6 reflektierten Signale des weiteren Senders 20 der Abstand zwischen den Kontraktträgern 5, 6 bestimmt werden. Reflektierte Signale unterliegen Störeinflüssen, z. B. durch Aufbauten des Wasserfahrzeugs, die möglicherweise ein reflektiertes Signal verfälschen würden. Vorzugsweise wird daher gemäß einer alternativen Bauform über einen Initialimpuls des Senders 20 ein Antwortimpuls ausgelöst. Schließlich wird unter Verlagerung des ersten Kontaktträgers 5 in Z-Richtung, d. h. in Richtung zum ersten Kontaktträger 5 der gewünschte elektrische Kontakt hergestellt. Über einen weiteren Informationsaustausch kann schließlich das Laden gestartet werden.After or while the two contact carriers 5, 6 have been moved to the desired 2D position, the distance between the contact carriers 5, 6 can be determined via a further transmitter 20 on the first contact carrier 5. In a first design, the distance between the contract carriers 5, 6 can be determined by measuring the signal propagation times of the signals of the further transmitter 20 reflected by the second contact carrier 6. Reflected signals are subject to interference, e.g. B. by superstructures of the watercraft that would possibly falsify a reflected signal. Therefore, according to an alternative design, a response pulse is preferably triggered via an initial pulse from the transmitter 20 . Finally, with displacement of the first contact carrier 5 in the Z-direction, i. H. made in the direction of the first contact carrier 5, the desired electrical contact. Finally, the loading can be started via a further exchange of information.

Die 2 verdeutlicht rein schematisch, dass die vier Empfänger R1 - R4 jeweils eine Information an eine Auswerteinheit 21 weitergeben. Die Auswerteeinheit 21 wertet die Empfangszeitpunkte der Signale 18 aus. Da es sich um ein gepulstes Signal 18 handelt, müssen jeweils zwei Empfänger R1 - R4, die denselben Abstand zu der Signalquelle haben, das Signal ohne Zeitdifferenz empfangen. Die 1 zeigt, dass die Empfänger R1 und R2 der oberen Reihe denselben Abstand haben wie die Empfänger R4 und R3 der unteren Reihe. In vertikaler Richtung liegen die Empfänger R1 und R4 vertikal übereinander ebenso wie die Empfänger R3 und R2. Wenn der Sender 17 exakt in der Mitte angeordnet ist, ergeben sich für die jeweils in horizontaler Richtung und vertikaler Richtung benachbarten Empfänger R1 - R4 jeweils paarweise gleiche Signallaufzeiten. Es erfolgt in der Auswerteinheit daher eine zweidimensionale Bestimmung der Lage der Signalquelle, d. h. des Senders 17. Das Messverfahren ist ausgesprochen robust und kann auch bei widrigen äußeren Umständen zuverlässig eingesetzt werden. Es ist kostengünstig realisierbar und zudem nicht auf eine vorherige Datenverbindung zwischen der ortsfesten Einheit 2 und der beweglichen Einheit 3 angewiesen. Der Sensor 17, der drahtlos Signale zu den Empfängern R1 - R4 sendet, kann kurz vor Einlaufen bzw. kurz vor Annäherung an den Schiffsanleger 4 aktiviert werden. Hierzu ist dem Sensor 17 eine Steuerung 22 vorgeschaltet.the 2 shows purely schematically that the four receivers R1 - R4 each pass on information to an evaluation unit 21 . The evaluation unit 21 evaluates the times at which the signals 18 were received. Since it is a pulsed signal 18, two receivers R1-R4, which are the same distance from the signal source, must receive the signal without a time difference. the 1 shows that the top row receivers R1 and R2 are the same distance apart as the bottom row receivers R4 and R3. In the vertical direction, the receivers R1 and R4 are vertically one above the other, as are the receivers R3 and R2. If the transmitter 17 is arranged exactly in the middle, the result for the receivers R1-R4 that are adjacent in each case in the horizontal direction and in the vertical direction are the same signal propagation times in pairs. A two-dimensional determination of the position of the signal source, ie the transmitter 17, is therefore carried out in the evaluation unit. The measuring method is extremely robust and can be used reliably even under adverse external circumstances. It can be implemented inexpensively and, moreover, does not depend on a previous data connection between the stationary unit 2 and the mobile unit 3 . The sensor 17, which sends wireless signals to the receivers R1-R4, can be activated just before entering or just before approaching the pier 4. For this purpose, the sensor 17 is preceded by a controller 22 .

Die Auswerteinheit 21 liefert die Ergebnisse der Auswertungen an eine Steuerung 23 der Basisstation 16. Diese Steuerung 23 dient dazu, die notwendigen Steuersignale für eine Achssteuerung 24 auszugeben, damit der Träger 15 in die gewünschten Raumrichtungen verlagert wird bzw. damit der erste Kontaktträger 5 die gewünschte Position einnimmt.The evaluation unit 21 delivers the results of the evaluations to a controller 23 of the base station 16. This controller 23 is used to output the necessary control signals for an axis controller 24 so that the carrier 15 is displaced in the desired spatial directions or so that the first contact carrier 5 moves the desired takes position.

Die Steuerung 22 der beweglichen Einheit 3 ist darüber hinaus in der Lage, die Signallänge bzw. die Signalform der Ultraschallsignale des Sensors 17 zu verändern. Insbesondere kann die Signallänge mit einer Information verknüpft sein, welche die Steuerung 23 des ersten Kontaktträgers 5 dazu veranlasst, den landseitigen, ersten Kontaktträger 5 auszufahren und die Kopplung herzustellen oder noch in einer Warteposition zu belassen. Ferner kann über die Signallänge auch übermittelt werden, ob der Energiefluss freigegeben werden soll oder nicht. Die Steuerung 22 kann auf diese Art und Weise auch den Energiefluss unterbrechen, in dem ein entsprechendes Signal von dem Sender 17 an die Empfänger R1 - R4 übermittelt wird.In addition, the controller 22 of the movable unit 3 is able to change the signal length or the signal form of the ultrasonic signals of the sensor 17 . In particular, the signal length can be linked to information which causes the controller 23 of the first contact carrier 5 to extend the first contact carrier 5 on the land side and establish the coupling or leave it in a waiting position. Furthermore, the signal length can also be used to communicate whether the energy flow should be released or not. In this way, the controller 22 can also interrupt the flow of energy by transmitting a corresponding signal from the transmitter 17 to the receivers R1-R4.

Die 3 zeigt vier Empfänger R1 - R4, die in einer Ebene angeordnet sind. Das eingezeichnete Koordinatensystem spannt eine X-, Y-Ebene auf. Die X-, Y-Ebene befindet sich hier in derselben Ebene, in der sich auch die Empfänger R1 - R4 befinden.the 3 shows four receivers R1 - R4 arranged in one plane. The coordinate system drawn in spans an X, Y plane. The X, Y plane is here in the same plane as the receivers R1 - R4.

Die Positionen A, B, C und D verdeutlichen beispielhaft Positionen eines Senders 17. Dabei sind die Positionen A, B und C um denselben Betrag in negativer Z-Richtung verlagert. Die in X-Richtung orientierten Linien verlaufen alle in der X-, Y-Ebene. Daher sind die Positionen A, B und C vom Betrachter ausgesehen hinter der Ebene der Sensoren R1 - R4 und die Position D befindet sich vom Betrachter ausgesehen vor der Ebene der Empfänger R1 - R4 d. h. in positiver Z-Richtung.The positions A, B, C and D illustrate exemplary positions of a transmitter 17. The positions A, B and C are shifted by the same amount in the negative Z-direction. The lines oriented in the X direction all run in the X, Y plane. Therefore, positions A, B and C are behind the plane of sensors R1 - R4 as viewed from the viewer and the position D is seen from the viewer in front of the plane of the receivers R1-R4, ie in the positive Z-direction.

In der Position A sendet ein Sender 17 ein gepulstes Signal aus. Aufgrund des räumlichen Abstandes wird dieses Signal zuerst von dem Empfänger R1 empfangen. Anschließend von dem Empfänger R4, daraufhin von dem Empfänger R2 und schließlich von dem am weitesten entfernten Empfänger R3. Die 4 zeigt in der ersten mit A bezeichneten Spalte Empfangszeitpunkte t2 - t4 der einzelnen Empfänger R1 - R4. Das Signal des Senders 17 wird zu einem unbekannten Zeitpunkt ausgesendet. Zur Veranschaulichung wird der Zeitpunkt, an dem einer der Empfänger R1 - R4 das Signal zuerst empfängt, als t0 bezeichnet. Die t0-Linie ist gestrichelt eingezeichnet. Bei dem Ausführungsbeispiel mit dem Sender in der Position A, empfängt der Empfänger R1 zum Empfangszeitpunkt t0 das Rechtecksignal als erstes. Die Signallänge tS beträgt beispielsweise 1 ms. Das Signal ist in diesem Fall ein Rechtecksignal. Der Sender R2 empfängt das erste Signal zeitverzögert (Empfangszeitpunkt t2). Dementsprechend empfangen die weiteren Empfänger R3 und R4 das Signal zu den Empfangszeitpunkten t3 und t4.In position A, a transmitter 17 emits a pulsed signal. Because of the spatial distance, this signal is first received by the receiver R1. Then from the receiver R4, then from the receiver R2 and finally from the most distant receiver R3. the 4 shows reception times t2-t4 of the individual receivers R1-R4 in the first column labeled A. The signal from the transmitter 17 is sent out at an unknown point in time. For purposes of illustration, the time at which one of the receivers R1 - R4 first receives the signal is denoted as t0. The t0 line is drawn in as a dashed line. In the exemplary embodiment with the transmitter in position A, the receiver R1 receives the square-wave signal first at the reception time t0. The signal length tS is 1 ms, for example. In this case, the signal is a square-wave signal. The transmitter R2 receives the first signal with a time delay (receipt time t2). Accordingly, the further receivers R3 and R4 receive the signal at the reception times t3 and t4.

Da sich um ein gepulstes Signal handelt wird das Rechtecksignal in bestimmten Intervallen ausgesendet. Der Signalabstand wird als tF bezeichnet. Wenn innerhalb des Zeitraums, in dem das nachfolgende Signal empfangen werden müsste, kein Signal empfangen wird, ist der Abstand der ersten und zweiten Kontaktträger 5, 6 noch zu groß. Erfindungsgemäß wird bei diesem Ausführungsbeispiel, nur der Zeitraum von 0,25 x tF betrachtet. Innerhalb dieses Intervalls erfolgt eine Feinabstimmung und damit die gewünschte Feinpositionierung der Kontaktträger. Since it is a pulsed signal, the square-wave signal is sent out at certain intervals. The signal distance is referred to as tF. If no signal is received within the period in which the subsequent signal should be received, the distance between the first and second contact carriers 5, 6 is still too large. According to the invention, only the period of 0.25×tF is considered in this exemplary embodiment. Fine tuning and thus the desired fine positioning of the contact carrier takes place within this interval.

Nicht näher dargestellte Weitfeldsensoren mit größeren Abstrahlwinkeln können auf die gleiche Art und Weise eine gröbere Vorpositionierung vornehmen.Wide-field sensors (not shown in more detail) with larger radiation angles can carry out a coarser pre-positioning in the same way.

Die ortsfest zueinander ausgerichteten Empfänger R1, R2, R3 und R4 empfangen bei der Beispielsposition A das Signal zu unterschiedlichen Zeitpunkten. Auch anhand der Differenzen der Empfangszeitpunkte lässt sich bestimmen, in welche Richtung die Empfänger R1 - R4 verlagert werden müssen, damit sich der Sender 17 bzw. der erste Kontaktträger 5 in der richtigen Relativposition befindet. Beispielsweise ergibt sich aus der Differenz der Empfangszeitpunkte t1 und t2 eine Information für die Verlagerung in X-Richtung. In gleicher Weise ergibt sich diese Information aus der Differenz der Empfangszeitpunkte t3, t4 zwischen den Empfängern R3 und R4. Auch diese sind in X-Richtung zu einander beabstandet angeordnet. Über die Empfangszeitpunkte der vertikal übereinander angeordneten Empfänger R1 und R4 bzw. R2 und R3 ergibt sich eine Information, ob eine Verlagerung in Y-Richtung erforderlich ist. Die Y-Richtung entspricht in diesem Fall der vertikalen Richtung.The receivers R1, R2, R3 and R4, which are aligned with one another in a stationary manner, receive the signal at different points in time in the example position A. The differences in the reception times can also be used to determine the direction in which the receivers R1-R4 must be shifted so that the transmitter 17 or the first contact carrier 5 is in the correct relative position. For example, information for the displacement in the X-direction results from the difference between the reception times t1 and t2. In the same way, this information results from the difference in the reception times t3, t4 between the receivers R3 and R4. These are also arranged at a distance from one another in the X direction. The reception times of the receivers R1 and R4 or R2 and R3 arranged vertically one above the other provide information as to whether a shift in the Y direction is required. In this case, the Y direction corresponds to the vertical direction.

Für die Position A des Senders 17 ergibt sich anhand der Laufzeiten, dass die Position A in negativer X-Richtung liegt. Hierbei ist zu beachten, dass zum Ausgleich nicht die Position des Senders 17 verlagert wird, sondern die Position der Empfänger R1 - R4. Daher müssen die Empfänger in negative X-Richtung verlagert werden. Gleichzeitig ergibt sich, dass die Empfänger R1 - R4 in +Y-Richtung verlagert werden müssten. Es wird vorausgesetzt, dass sich der Sender A im Ursprung des Koordinatensystems befinden soll. Es kann selbstverständlich auch jeder andere auf die X-Y-Ebene projiziert Punkt im Raum vorgegeben werden. Hierzu werden die Signale mit einem vorgegebenen Referenzwert verglichen. Der Referenzwert muss nicht zwangsläufig bedeuten, dass alle Empfänger R1 - R4 das Signal gleichzeitig empfangen. Es kann zur Kalibrierung bzw. zur Feinpositionierung sogar vorgesehen sein, gewisse Abweichungen zu berücksichtigen, die in Form eines geeigneten Referenzwerts hinterlegt werden. Das heißt es können gezielt unterschiedliche Empfangszeitpunkte als Sollwert vorgegeben werden.For position A of the transmitter 17, based on the propagation times, it is found that position A is in the negative X-direction. It should be noted here that the position of the transmitter 17 is not shifted to compensate, but the position of the receivers R1-R4. Therefore the receivers have to be shifted in the negative X-direction. At the same time, the receivers R1 - R4 would have to be relocated in the +Y direction. It is assumed that transmitter A should be located at the origin of the coordinate system. Of course, any other point in space projected onto the X-Y plane can also be specified. For this purpose, the signals are compared with a predetermined reference value. The reference value does not necessarily mean that all receivers R1 - R4 receive the signal at the same time. For calibration or for fine positioning, it can even be provided that certain deviations, which are stored in the form of a suitable reference value, are taken into account. This means that different reception times can be specified as setpoints in a targeted manner.

Bei der Beispielposition B ist der Empfänger R1 dem Sender 17 am nächsten. Es folgen die Empfänger R2, R4 und R3. Beispielhaft ist anhand der Differenz zwischen dem zweiten Empfänger R2 und dem dritten Empfänger R3 der Zeitraum t2 - t3 in 4 eingezeichnet. Aufgrund dieser Information ergibt sich, dass die Empfänger R1 - R4 insgesamt in +Y-Richtung verlagert werden müssten. Aus den anderen Differenzen kann abgeleitet werden, dass die Empfänger R1 - R4 in negative X-Richtung verlagert werden müssen.In example position B, receiver R1 is closest to transmitter 17. The receivers R2, R4 and R3 follow. The time period t2 - t3 in is an example of the difference between the second receiver R2 and the third receiver R3 4 drawn. Based on this information, it follows that the receivers R1-R4 would have to be relocated in the +Y direction overall. From the other differences it can be deduced that the receivers R1 - R4 must be relocated in the negative X-direction.

Für die Beispielposition C ergibt sich aus den relativen Signallaufzeiten eine notwendige Verlagerung der Empfänger R1 - R4 in +X-Richtung und +Y-Richtung.For example position C, the relative signal propagation times result in a necessary relocation of receivers R1 - R4 in the +X direction and +Y direction.

Die Position D des Senders 17 ergibt, dass der Empfänger R4 das ausgesendete Signal zuerst empfängt und die anderen Empfänger R1, R2 und R3 erst später. Die Empfänger R1 - R4 müssten in -X-Richtung und -Y-Richtung verlagert werden, bis der Sender 17 im Ursprung des Koordinatensystems liegt.The position D of the transmitter 17 results in the receiver R4 receiving the transmitted signal first and the other receivers R1, R2 and R3 only later. The receivers R1-R4 would have to be moved in the -X direction and -Y direction until the transmitter 17 is at the origin of the coordinate system.

Es ist noch nicht berücksichtigt worden, dass sich ich die Beispielposition A, B, C und D nicht in der X-, Y-Ebene befinden. Das erfindungsgemäße Verfahren stellt nur auf eine Vorbereitung der Verbindung zwischen dem ersten und im zweiten Kontaktträger 5, 6 ab. Über optionale zusätzliche Sensoren, insbesondere über eine Laufzeitmessung in Z-Richtung, kann zuverlässig der Abstand des Senders 17 in Z-Richtung von den Empfängern R1 - R4 festgestellt werden. Dieser Abstand kann manuell oder automatisiert verringert werden.It has not yet been taken into account that the example positions A, B, C and D are not in the X, Y plane. The method according to the invention only requires a preparation of the connection between the first and the second contact carrier 5, 6 off. The distance of the transmitter 17 in the Z direction from the receivers R1-R4 can be reliably determined via optional additional sensors, in particular via a transit time measurement in the Z direction. This distance can be reduced manually or automatically.

Grundsätzlich ist es auch möglich, den ersten Kontaktträger 5 immer in einer solchen Ausgangsposition zu halten, in welcher eine Kollision mit dem zweiten Kontaktträger 6 vollkommen ausgeschlossen ist. Dadurch ist es möglich, ausschließlich über die Feinpositionierung die zu koppelnden Kontakte in Deckungsgleichheit zu bringen und anschließend mit einer gewünschten Steckkraft zu koppeln und in der gekoppelten Position zu halten. Es ist möglich, Verriegelungsmittel während der Energieübertragung vorzusehen, um eine ungewünschte Entkopplung zu vermeiden.In principle, it is also possible to always keep the first contact carrier 5 in such a starting position in which a collision with the second contact carrier 6 is completely ruled out. This makes it possible to bring the contacts to be coupled into congruence solely via the fine positioning and then to couple them with a desired insertion force and to hold them in the coupled position. It is possible to provide locking means during energy transfer to avoid undesired decoupling.

Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die verwendete Vorrichtung eignet sich selbstverständlich auch zur Nachführung der beiden Kontaktträger 5, 6 und nicht nur zur Vorbereitung der Verbindungen, in welcher die Kontaktträger 5, 6 noch im Abstand zueinander angeordnet sind.The method according to the invention and the device used are of course also suitable for tracking the two contact carriers 5, 6 and not only for preparing the connections in which the contact carriers 5, 6 are still arranged at a distance from one another.

BezugszeichenlisteReference List

11: Vorrichtungcontraption
22: ortsfeste Einheitstationary unit
33: bewegliche Einheitmoving unit
44: Schiffsanlegerjetty
55: erster Kontaktträgerfirst contact carrier
66: zweiter Kontaktträgersecond contact carrier
77: Kontakt an 6contact on 6
88th: Kontakt an 6contact on 6
99: Kontakt an 6contact on 6
1010: Kontakt an 6contact on 6
1111: Kontakt an 5contact at 5
1212: Kontakt an 5contact at 5
1313: Kontakt an 5contact at 5
1414: Kontakt an 5contact at 5
1515: Trägercarrier
1616: Basisstationbase station
1717: SenderChannel
1818: Signalsignal
1919: Ortungssystemtracking system
2020: SenderChannel
2121: Auswerteinheitevaluation unit
2222: Steuerung von 17Control of 17
2323: Steuerung von 16Control of 16
2424: Achssteuerungaxis control
2525: Verlagerungseinheit transfer unit
AA: Beispielposition von 17Example position of 17
BB: Beispielposition von 17Example position of 17
CC: Beispielposition von 17Example position of 17
DD: Beispielposition von 17Example position of 17
PP: Pfadpath
R1R1: Empfänger von 5Recipient of 5
R2R2: Empfänger von 5Recipient of 5
R3R3: Empfänger von 5Recipient of 5
R4R4: Empfänger von 5Recipient of 5
tt: Zeittime
t0t0: EmpfangszeitpunktTime of receipt
t1t1: EmpfangszeitpunktTime of receipt
t2t2: EmpfangszeitpunktTime of receipt
t3t3: EmpfangszeitpunktTime of receipt
t4t4: EmpfangszeitpunktTime of receipt
tFtF: Signalabstandsignal distance
tStS: Signallängesignal length
XX: Koordinatenachsecoordinate axis
YY: Koordinatenachsecoordinate axis
ZZ: Koordinatenachsecoordinate axis

Claims

Method for preparing a connection between a first contact carrier (5) of a stationary unit (2) and a second contact carrier (6) of a mobile unit (3), the first contact carrier (5) being moved relative to the second contact carrier (5) by means of a displacement unit (25) 6) is shifted in order to enable an electrical connection to the second contact carrier (6), at least one transmitter (17) being arranged on the second contact carrier (6), and several receivers positioned stationary relative to one another on the first contact carrier (5). (R1, R2, R3, R4) are arranged for the wireless reception of the signals (18) of the at least one transmitter (17), the at least one transmitter (17) emitting a pulsed signal (18), the receivers (R1, R2, R3, R4) receive the pulsed signal (18) at a reception time (t0, t1, t2, t3, t4) and forward it to an evaluation unit (21) in order to calculate differences in the reception times (t0, t1, t2, t3, t4 ) where au s the comparison with a reference value, the position of the transmitter (17) in a plane of Receiver (R1, R2, R3, R4) is determined, the position of the first contact carrier (5) being iteratively shifted by the shifting unit (25) depending on the differences in the reception times (t0, t1, t2, t3, t4). until the differences in the reception times (t1, t2, t3, t4) fall below a predetermined value, so that the first contact carrier (5) is in a position in which the connection to the second contact carrier (6) can be established.

procedure after claim 1 , characterized in that the at least one transmitter (17) emits an ultrasonic signal.

procedure after claim 1 or 2 , characterized in that the transmitted signals (18) are received by four receivers (R1, R2, R3, R4) which are arranged in one plane such that in the direction in which two of the receivers (R1, R2, R3 , R4) are arranged, a difference time measurement between the two receivers (R1, R2, R3, R4) is assigned directly to an orientation of a displacement axis of the displacement unit (25).

Procedure according to one of Claims 1 until 3 , characterized in that the at least one transmitter (17) and the receivers (R1, R2, R3, R4) are used for near-field positioning, with the near-field positioning being preceded by a far-field positioning, in which further transmitters (17) and receivers with greater radiation and reception angles are used.

Procedure according to one of Claims 1 until 4 , characterized in that the stationary unit (2) is a land unit and the mobile unit (3) is a land, water or air vehicle.

procedure after claim 5 , characterized in that the stationary unit (2) is arranged on a pier (4) and is coupled to a positioning system (19) arranged on the pier (4) which determines position data of the watercraft in order to position the stationary unit (2) in a horizontal plane and/or to move vertically into a pre-position.

Procedure according to one of Claims 1 until 6 , characterized in that coded data are transmitted to at least one of the receivers (R1, R2, R3, R4) via the signals of the transmitter (17).

Procedure according to one of Claims 1 until 7 , characterized in that the second contact carrier (6) after positioning in the direction of the first contact carrier (5) is moved to automatically produce a plug-in connection by horizontal and / or vertical coupling between the contact units.

Procedure according to one of Claims 1 until 8th , characterized in that the first contact carrier (5) has a plurality of plugs which are positioned at a predetermined distance from corresponding sockets of the second contact carrier (6), the connection between plugs and sockets being made manually and the first contact carrier ( 5) is tracked in the vertical direction relative to the second contact carrier (6).

Device for carrying out the method according to one of features 1 to 9, having the following features: a) A stationary unit (2) has a first contact carrier (5) and a movable unit (3) has a second contact carrier (6); b) the stationary unit has a displacement unit (25) for displacing the first contact carrier (5) relative to the second contact carrier (6) in order to enable an electrical connection with the second contact carrier (6); c) At least one transmitter (17) is arranged on the second contact carrier (6) and several receivers (R1, R2, R3, R4) are positioned on the first contact carrier (5) in a fixed position relative to one another for the wireless reception of the signals (18) of the at least one transmitter (17) arranged, d) The at least one transmitter (17) is designed to emit pulsed signals (18) and the receivers (R1, R2, R3, ) are designed to receive the pulsed signals (18) at a time (t0, t1, t2, t3, t4) received and forwarded to an evaluation unit (21); e) The evaluation unit (21) is designed to determine differences in the reception times (t0, t1, t2, t3, t4) and, from the comparison with a reference value, to determine the position of the transmitter (17) in a plane of the receivers (R1, R2 , R3, R4); f) A control unit (22, 23) is designed to convert the differences in the reception times (t0, t1, t2, t3, t4) into control signals for the displacement unit (25), so that the position of the first contact carrier (5) can be Shifting unit (25) depending on the differences in the reception times (t0, t1, t2, t3, t4) is iteratively shifted until the differences in the reception times (t0, t1, t2, t3, t4) are within a predetermined tolerance range around the Reference value are, so that the first contact carrier (5) is in a position in which the connection to the second contact carrier (6) can be produced.

device after claim 10 , characterized in that the pulsed signals (18) are ultrasonic signals.

device after claim 10 or 11 , characterized in that the first contact carrier (5) has four receivers (R1, R2, R3, R4).

Device according to one of Claims 10 until 12 , characterized in that the mobile unit (3) is arranged on a watercraft and the stationary unit (2) is a land unit, which is arranged at a pier (4).

Device according to one of Claims 10 until 13 , characterized in that the pulsed signals (18) contain encoded data

Device according to one of Claims 10 until 14 , characterized in that the contact carriers (5, 6) are designed to produce an electrical connection between the contact carriers (5, 6) by horizontal and/or vertical coupling.