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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum elektrischen Kontaktieren von einem Ladestecker und einer Ladedose.
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Stand der Technik
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Bei elektrisch betriebenen Fahrzeugen erfolgt der Antrieb des Fahrzeugs über einen Elektromotor. Die für den Elektromotor benötigte Energie wird von einer Traktionsbatterie bereitgestellt. Die Traktionsbatterie muss elektrisch aufgeladen werden. Zum elektrischen Laden der Traktionsbatterie werden Ladeschnittstellen bereitgestellt. Beispielsweise kann an dem Fahrzeug eine Ladedose angeordnet sein, welche Kontaktbuchsen umfasst. Weiterhin muss ein Ladestecker bereitgestellt werden, welcher korrespondierende Kontaktpins zu den jeweiligen Kontaktbuchsen umfasst. Der Ladestecker kann beispielsweise an einer stationären Ladestation oder an einer mobilen Ladestation angeordnet sein. Um einen Ladevorgang zu beginnen wird der Ladestecker in die Ladedose gesteckt, um eine elektrische Kontaktierung herzustellen. Neben der Belastung der Kontaktbuchsen und Kontaktpins durch hohe elektrische Ströme und Spannungen entsteht bei regelmäßigen Steckkontaktierung des Ladesteckers in die Ladedose ein enormer Reibverschleiß an den Kontaktbuchsen und Kontaktpins. Zum Beispiel kann der Reibverschleiß durch lange Steckwege, durch Formtoleranzen und Lagetoleranzen oder durch sehr weiche Kontaktoberflächen an den Kontaktbuchsen oder Kontaktpins bei einer hohen Anzahl von Steckkontaktierungen entstehen. Bei einer hohen Anzahl an Ladezyklen können die Kontaktbuchsen und Kontaktpins durch die damit verbundenen Strombelastung oder Spannungsbelastung, sowie durch den fortlaufenden Reibverschleiß bei häufigen Steckkontaktierungen stark beschädigt werden.
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Die
DE 10 2019 113 607 A1 bezieht sich auf einen Ladestecker für ein Elektrofahrzeug, wobei der Ladestecker zumindest ein elektrisch leitendes Kontaktelement aufweist, das in einem Steckergehäuse des Ladesteckers angeordnet ist, wobei eine durch das Kontaktelement vorgespannte Wärmeleitfeder zwischen dem Kontaktelement und einem Temperatursensor des Ladesteckers angeordnet ist, wobei zwischen der Wärmeleitfeder und dem Temperatursensor ein elektrisch isolierender, wärmeleitender Isolator angeordnet ist.
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Beschreibung der Erfindung
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, unter Einsatz konstruktiv möglichst einfacher Mittel ein elektrisches Kontaktieren von Kontaktelementen bereitzustellen, so dass die Strombelastung oder Spannungsbelastung, sowie der Reibverschleiß der Kontaktelemente verhindert oder zumindest reduziert werden.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den begleitenden Figuren angegeben.
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Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum elektrischen Kontaktieren von einem Ladestecker und einer Ladedose umfassend ein erstes elektrisches Kontaktelement, welches in dem Ladestecker angeordnet ist, mit einem ersten Gehäuse, wobei das erste Gehäuse eine Öffnung umfasst und das erste elektrische Kontaktelement in dem ersten Gehäuse so angeordnet ist, dass eine Kontaktfläche des ersten elektrischen Kontaktelements in der Öffnung des ersten Gehäuses angeordnet ist; mindestens ein zweites elektrisches Kontaktelement, welches in der Ladedose angeordnet ist, mit einem zweiten Gehäuse, wobei das zweite Gehäuse eine Öffnung umfasst und das zweite elektrische Kontaktelement in dem zweiten Gehäuse so angeordnet ist, dass eine Kontaktfläche des zweiten elektrischen Kontaktelements in der Öffnung des zweiten Gehäuses angeordnet ist; wobei das erste Gehäuse relativ zu dem zweiten Gehäuse bewegbar angeordnet und in das zweite Gehäuse einschiebbar ist, wobei in dem eingeschobenen Zustand des ersten Gehäuses in das zweite Gehäuse eine elektrische Kontaktierung zwischen der ersten Kontaktfläche des ersten elektrischen Kontaktelements und der zweiten Kontaktfläche des zweiten elektrischen Kontaktelements herstellbar ist.
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Das erste elektrische Kontaktelement und das zweite elektrische Kontaktelement leiten hohe elektrische Ströme und Spannungen, wenn das erste elektrische Kontaktelement und das zweite elektrische Kontaktelement miteinander elektrisch kontaktiert sind. Die Ladedose, in welchem zweite elektrische Kontaktelement angeordnet ist, kann an einem elektrisch betriebenen Fahrzeug angeordnet sein. Der dazu korrespondierende Ladestecker, in welchem das erste elektrische Kontaktelement angeordnet ist, kann an einer stationären oder mobilen Ladesäule angeordnet sein. Nach der elektrischen Kontaktierung des ersten Kontaktelements mit dem zweiten Kontaktelement kann ein elektrischer Ladevorgang einer Traktionsbatterie des elektrischen Fahrzeugs gestartet werden. Durch den elektrischen Ladevorgang werden Batteriezellen, welche innerhalb der Traktionsbatterie angeordnet sind, aufgeladen. Aufgrund der Art der Kontaktierung des ersten Kontaktelements mit dem zweiten Kontaktelement und dem hierauf abgestimmten Beginn des Ladevorgangs der Traktionsbatterie wird einerseits der Reibverschleiß der Kontaktelemente minimiert und andererseits die Strombelastung oder Spannungsbelastung der Kontaktelemente reduziert, da der Strom erst nach der Kontaktierung der Kontaktelemente bereitgestellt wird und somit Lichtbögen und Funken zwischen halbgeöffneten Kontaktelementen verhindert werden. Die Batteriezellen dienen als Energiequelle für einen Elektromotor, welcher das elektrisch betriebene Fahrzeug antreibt. Unter einem elektrisch betriebenen Fahrzeug wird ein Hybridfahrzeug oder ein voll elektrisch betriebenes Fahrzeug verstanden.
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Das erste elektrische Kontaktelement umfasst das erste Gehäuse, in welchem das elektrische Kontaktelement aufgenommen ist. Das erste Gehäuse hat eine Öffnung und die Kontaktfläche des ersten Kontaktelements ist in der Öffnung des ersten Gehäuses angeordnet. Das erste Gehäuse schützt das erste elektrische Kontaktelement vor Verschmutzung oder Beschädigung. Zusätzlich dient das erste Gehäuse als Berührschutz für das innenliegende erste elektrische Kontaktelement. Des Weiteren verhindert das erste Gehäuse durch das teilweise Umschließen des ersten elektrischen Kontaktelements das Auftreten von Kriechströmen durch die Verlängerungen von Kriechstrecken und durch das Sicherstellen eines ausreichenden Abstands der Luftstrecken zwischen dem ersten Gehäuse und dem ersten elektrischen Kontaktelement werden Lichtbögen und Funken verhindert.
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Das zweite elektrische Kontaktelement ist in dem zweiten Gehäuse aufgenommen. In der Öffnung des zweiten Gehäuses ist die Kontaktfläche des zweiten elektrischen Kontaktelements aufgenommen.
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Das erste elektrische Kontaktelement und das zweite elektrische Kontaktelemente können einen eckigen oder runden Querschnitt umfassen.
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Um eine elektrische Kontaktierung zwischen dem ersten elektrischen Kontaktelement und dem zweiten elektrischen Kontaktelement herzustellen, werden die Kontaktfläche des ersten elektrischen Kontaktelements und die Kontaktfläche des zweiten elektrischen Kontaktelements aneinander gepresst.
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Das erste Gehäuse ist relativ zu dem zweiten Gehäuse bewegbar angeordnet. Das erste Gehäuse ist in das zweite Gehäuse einschiebbar. In dem eingeschobenen Zustand des ersten Gehäuses in das zweite Gehäuse berühren sich die Kontaktfläche des ersten Kontaktelements und die Kontaktfläche des zweiten Kontaktelements. Wenn durch das erste elektrische Kontaktelement oder durch das zweite elektrische Kontaktelement Strom fließt, erfolgt zwischen der Kontaktfläche des ersten Kontaktelements und der Kontaktfläche des zweiten Kontaktelements in dem eingeschobenen Zustand eine elektrische Kontaktierung und der Ladevorgang des elektrisch betriebenen Fahrzeugs kann gestartet werden.
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Dadurch kann eine reibverschleißfreie Kontaktierung zwischen den Kontaktelementen hergestellt werden und die Kontaktelemente werden im Vergleich zu der bekannten Steckkontaktierung auch bei hohen Ladezyklen und damit hoher Strombelastung und Spannungsbelastung nicht beschädigt.
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In einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine Arretiereinrichtung, welche eingerichtet ist, das erste Gehäuse in dem eingeschobenen Zustand an dem zweiten Gehäuse zu befestigen. Die Arretiereinrichtung kann beispielsweise Rastelemente sein. Beispielsweise können an dem ersten Gehäuse Rasthaken angeordnet sein. Das zweite Gehäuse kann Rastlaschen umfassen. Wenn das erste Gehäuse in das zweite Gehäuse eingeschoben ist, greifen die Rasthaken in die Rastlaschen und verhindern somit ein unbeabsichtigtes Entfernen des ersten elektrischen Kontaktelements von dem zweiten elektrischen Kontaktelement . Die elektrische Kontaktierung kann unter Verwendung von Rastelementen während des Ladevorgangs nicht unterbrochen werden.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung einen Aktuator, welcher an dem ersten Gehäuse oder an dem zweiten Gehäuse angeordnet und eingerichtet ist, das elektrische Kontaktieren der Kontaktfläche des ersten elektrischen Kontaktelements mit der Kontaktfläche des zweiten elektrischen Kontaktelements zu unterstützen. Der Aktuator kann an dem ersten Gehäuse oder an dem zweiten Gehäuse angeordnet sein. Der Aktuator dient als Antrieb für eine Soft-Close Führung.
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Das zweite elektrische Kontaktelement ist in der Ladedose in dem elektrisch betriebenen Fahrzeug fest verbaut. Das erste elektrische Kontaktelement kann in einem Ladestecker an einer Ladesäule angeordnet sein. Das erste elektrische Kontaktelement kann von einem Bediener in eine Parkposition gebracht werden, welche sehr nah an dem zweiten elektrischen Kontaktelement angeordnet ist. Beispielsweise kann an einem Deckel der Ladedose eine Aufnahmeschale angebracht sein, in welcher das erste elektrische Kontaktelement in seiner Parkposition angeordnet ist. Gemeinsam mit der Aufnahmeschale kann sodann das elektrische Kontaktelement mittels des Aktuators in eine Endstellung gebracht werden, wobei die Kontaktfläche des ersten elektrischen Kontaktelements in der Endstellung des ersten elektrischen Kontaktelements an der Kontaktfläche des zweiten elektrischen Kontaktelements aneinander gepresst ist. Sobald an eines der elektrischen Kontaktelemente Strom oder Spannung angelegt wird, erfolgt eine elektrische Kontaktierung der Kontaktflächen und somit der elektrischen Kontaktelemente.
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Durch den Aktuator kann das Anpressen der Kontaktflächen erfolgen, ohne dass die elektrischen Kontaktelemente oder die Kontaktflächen dabei beschädigt werden. Über den Aktuator kann ebenfalls eine benötigte Anpresskraft der Kontaktflächen eingestellt werden, sodass die Kontaktflächen nicht mit zu wenig oder zu viel Anpresskraft aneinandergepresst werden.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst der Aktuator eine Sensoreinheit, welche eingerichtet ist, ein Annähern des ersten Kontaktelements mit dem zweiten Kontaktelement zu erfassen. Die Sensoreinheit kann beispielsweise Lichtschranken, optische Sensoren oder Lasersensoren umfassen. Die Sensoreinheit erfasst das Annähern des ersten elektrischen Kontaktelements an das zweite elektrische Kontaktelemente. Vorteilhafterweise kann die Sensoreinheit erkennen, wenn das erste elektrische Kontaktelement in die Parkposition gebracht ist. Sobald dies erfolgt ist, kann die Sensoreinheit ein Signal an den Aktuator geben, welcher sodann das erste elektrische Kontaktelement in dessen Endstellung verfährt.
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In einer weiteren Ausführungsform ist das erste elektrische Kontaktelement mittels eines Federelements in dem ersten Gehäuse vorgespannt. Durch die Vorspannung kann das erste elektrische Kontaktelement während dem Anpressvorgang der Kontaktfläche des ersten Kontaktelements mit der Kontaktfläche des zweiten Kontaktelements eine Kraft gegen die Anpresskraft erzeugen. Dadurch kann ein gleichmäßiges Anpressen der Kontaktflächen gewährleistet und zusätzlich werden die Kontaktflächen nicht beschädigt.
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In einer weiteren Ausführungsform ist das zweite elektrische Kontaktelement mittels eines Federelements in dem zweiten Gehäuse vorgespannt.
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In einer weiteren Ausführungsform ist das erste elektrische Kontaktelement mittels eines ersten Federelements in dem ersten Gehäuse angeordnet und das zweite elektrische Kontaktelement ist mittels eines zweiten Federelements in dem zweiten Gehäuse angeordnet.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst das erste Gehäuse und/oder das zweite Gehäuse eine weitere Sensoreinrichtung, welche eingerichtet ist, Fremdkörper auf der Kontaktfläche des ersten elektrischen Kontaktelements und/oder auf der Kontaktfläche des zweiten elektrischen Kontaktelements zu erfassen. Die Sensoreinrichtung erfasst Schmutz, Laub oder andere Fremdkörper auf der ersten Kontaktfläche und/oder auf der zweiten Kontaktfläche. Die Sensoreinheit kann zum Beispiel optische Sensoren oder Laser umfassen.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst das erste Gehäuse und/oder das zweite Gehäuse ein Gebläse, welches eingerichtet ist, Fremdkörper von der Kontaktfläche des ersten elektrischen Kontaktelements und/oder von der Kontaktfläche des zweiten elektrischen Kontaktelements zu entfernen. Das Gebläse kann ein oder mehrere Ausströmer umfassen, welche in eine Richtung der ersten Kontaktfläche und/oder der zweiten Kontaktfläche angeordnet sind und beispielsweise Laub von der ersten Kontaktfläche und/oder der zweiten Kontaktfläche entfernen. Die Ausströmer blasen Luft in Richtung der ersten Kontaktfläche und/oder der zweiten Kontaktfläche. Die Sensoreinrichtung, welche die Fremdkörper erfasst, gibt ein Signal an eine Antriebseinheit für das Gebläse, sodass das Gebläse die Fremdkörper sodann entfernen kann.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst das erste Gehäuse und/oder das zweite Gehäuse eine Bürstenkonstruktion, welche eingerichtet ist, Fremdkörper von der Kontaktfläche des ersten elektrischen Kontaktelements und/oder von der Kontaktfläche des zweiten elektrischen Kontaktelements zu entfernen. Mittels der Bürstenkonstruktion kann grober Schmutz, wie beispielsweise Schlamm, entfernt werden. Die Sensoreinrichtung, welche die Fremdkörper erfasst, gibt ein Signal an eine Antriebseinheit für die Bürstenkonstruktion, sodass die Bürstenkonstruktion die Fremdkörper sodann entfernen kann.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst das erste Gehäuse und/oder das zweite Gehäuse ein Gebläse und eine Bürstenkonstruktion.
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Figurenliste
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Nachfolgend wird ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Vorrichtung zum elektrischen Kontaktieren von einem Ladestecker und einer Ladedose in einem nicht kontaktierten Zustand und
- 2 die Vorrichtung zum elektrischen Kontaktieren von dem Ladestecker und der Ladedose in einem kontaktierten Zustand.
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Die Figuren sind lediglich schematische Darstellungen und dienen nur der Erläuterung der Erfindung. Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind durchgängig mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die 1 zeigt eine Vorrichtung zum elektrischen Kontaktieren von einem Ladestecker und einer Ladedose in einem nicht kontaktierten Zustand.
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Der Ladestecker 200 umfasst ein erstes elektrisches Kontaktelement 202. Das erste elektrische Kontaktelement 202 ist in einer Führung 206 in einem ersten Gehäuse 201 angeordnet. Das erste elektrische Kontaktelement 202 umfasst eine Kontaktfläche 203. Die Kontaktfläche 203 ist in einer Öffnung des Gehäuses 201 angeordnet. Das erste elektrische Kontaktelement 202 ist über eine Feder 205 in dem Gehäuse 201 vorgespannt. Durch die Vorspannung mittels der Feder 205 kann eine Gegenkraft des ersten elektrischen Kontaktelements 202 erzeugt werden, wenn die Kontaktfläche 203 des ersten elektrischen Kontaktelements 202 an eine Kontaktfläche 103 eines zweiten elektrischen Kontaktelements 102 gepresst wird. Das elektrische Kontaktelement 202 ist über eine elektrische Leitung 204 an eine elektrische Stromquelle oder Spannungsquelle angeschlossen.
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Das zweite elektrische Kontaktelement 102 ist in einem zweiten Gehäuse 101 in einer Ladedose 100 angeordnet. Das zweite elektrische Kontaktelement 102 umfasst die Kontaktfläche 103. Das erste Gehäuse 201 ist relativ zu dem zweiten Gehäuse 101 bewegbar angeordnet.
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Die 2 zeigt die Vorrichtung zum elektrischen Kontaktieren von dem Ladestecker und der Ladedose in einem kontaktierten Zustand.
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In dem kontaktierten Zustand berühren sich die Kontaktfläche 203 des ersten elektrischen Kontaktelements 202 mit der Kontaktfläche 103 des zweiten elektrischen Kontaktelements 102. Das erste Gehäuse 201 ist in das zweite Gehäuse 101 eingeschoben. Mittels eines Aktuators (nicht in der 2 dargestellt) werden die Kontaktfläche 203 des ersten elektrischen Kontaktelements und die Kontaktfläche 103 des zweiten elektrischen Kontaktelements aneinandergepresst. Durch die relative Bewegbarkeit des ersten Gehäuses 201 zu dem zweiten Gehäuse 101 kann ein exakter und positionsgenauer Verfahrweg des ersten elektrischen Kontaktelements 202 mittels des Aktuators erfolgen. Somit kann die Kontaktfläche 203 des ersten elektrischen Kontaktelements 202 positionsgenau an die Kontaktfläche 103 des zweiten elektrischen Kontaktelements 102 aneinandergepresst werden.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Ladedose
- 101,201
- Gehäuse
- 102
- erstes elektrisches Kontaktelement
- 103, 203
- Kontaktfläche
- 200
- Ladestecker
- 202
- zweites elektrisches Kontaktelement
- 205
- Feder
- 206
- Führung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102019113607 A1 [0003]
