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Die Erfindung betrifft eine Anordnung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und einen Energiespeicher nach Anspruch 17.
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Die Druckschrift
DE 10 2019 204572 B3 offenbart einen Hebelmechanismus zur Fixierung eines Akkus in einem Fahrradrahmen. Ein Hebel greift dabei in eine Aussparung des Akkus ein und verspannt den Akku in axialer Richtung von dem Hebelmechanismus weg in Richtung einer gegenüberliegenden Stirnseite des Akkus. Entsprechend wird der Akku an der gegenüberliegenden Stirnseite elektrisch kontaktiert. Der Hebelmechanismus und die elektrische Kontaktierung des Akkus müssen daher baulich getrennt voneinander ausgeführt sein.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Fixierung eines Energiespeichers in einem Fahrzeugrahmen zu verbessern. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung nach Anspruch 1 und einen Energiespeicher nach Anspruch 17. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten und ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung.
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Die erfindungsgemäße Anordnung dient zur Fixierung eines Energiespeichers an einem Fahrzeugrahmen. Bei einem Fahrzeugrahmen kann es sich insbesondere um einen Fahrradrahmen handeln. Der Energiespeicher ist bevorzugt als elektrischer Energiespeicher bzw. Akku ausgeführt.
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Die Anordnung umfasst ein Grundmodul. Als Modul wird eine Anordnung von Mitteln bezeichnet, die zu einer baulichen Einheit verbunden sind. Es handelt sich also um eine Anordnung von Mitteln, die jeweils mit ein oder mehreren Mitteln des Moduls gefügt sind. Ein Modul zeichnet sich dadurch aus, dass es vormontierbar ist. So kann das Grundmodul als vormontierte Einheit in den Fahrzeugrahmen eingebaut werden.
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Darüber hinaus umfasst die Anordnung einen Hebel. Dieser ist verschwenkbar in dem Grundmodul gelagert. Das Grundmodul bildet also eine Lagerstelle für den Hebel. In der Lagerstelle ist der Hebel verschwenkbar fixiert.
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Mit Verschwenkbarkeit wird eine Verdrehbarkeit um einen Winkel bezeichnet, der kleiner als 360° sein kann. Insbesondere kann der Winkel kleiner als 270°, kleiner als 180° oder kleiner als 90° sein. Vorzugsweise erfolgt die Verschwenkung um genau eine Achse. Dies bedeutet, dass der Hebel um Achsen, die orthogonal dazu ausgerichtet sind, nicht verschwenk- oder verdrehbar ist.
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Durch Verschwenkung ist der Hebel mit dem Energiespeicher in Eingriff bringbar. Dadurch bildet der Hebel mit dem Energiespeicher ein Kurvengetriebe.
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Als Kurvengetriebe werden Mechanismen bezeichnet, deren Abtriebsbewegung durch stetiges Abtasten eines drehbar gelagerten oder gerade geführten Kurventrägers mithilfe eines drehbar gelagerten oder gerade geführten Abgriffsglieds entsteht.
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Vorliegend bildet der Hebel einen drehbar gelagerten Kurventräger. Ein gerade geführte Abgriffsglied wird gebildet durch den Energiespeicher. Das Kurvengetriebe wandelt eine weitergehende Verschwenkung des Hebels in eine Verschiebung des Energiespeichers um. Mit weitergehender Verschwenkung des Hebels wird dabei eine Verschwenkung des Hebels ausgehend von einer Position des Hebels, in der er mit dem Energiespeicher in Eingriff kommt, bezeichnet. Der Hebel wird also aus einer Ausgangsposition heraus verschwenkt, sodass er mit dem Energiespeicher in Eingriff kommt und ohne Änderung der Drehrichtung weiter verschwenkt. Die daraus resultierende Verschiebung des Energiespeichers erfolgt relativ zu dem Grundmodul. Der Energiespeicher wird also relativ zu dem Grundmodul aus einer Ausgangsposition heraus in eine Endposition verschoben. Ein Abstand zwischen dem Energiespeicher und dem Grundmodul verringert sich dabei. Wenn der Energiespeicher sich in der Endposition befindet, ist der Abstand also gegenüber der Startposition kleiner. Als Maß für den Abstand dient bevorzugt ein Abstand zwischen einem beliebig wählbaren Referenzpunkt des Energiespeichers und einem beliebig wählbaren Referenzpunkt des Grundmoduls. Vorzugsweise liegen beide Referenzpunkte auf einer Geraden, die parallel zur Richtung der Verschiebung verläuft.
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Die Erfindung ist von Vorteil, da sie eine Integration von Funktionalitäten, die in Bezug zu dem Energiespeicher stehen, in dem Grundmodul erlaubt. So ist es möglich, entsprechend einer bevorzugten Weiterbildung, in das Grundmodul einen oder mehrere elektrische Kontakte zur Kontaktierung des Energiespeichers zu integrieren. Die Kontakte dienen dazu, elektrisch leitfähige Verbindungen zu entsprechenden Kontakten des Energiespeichers herzustellen, wenn sich der Energiespeicher in der Endposition befindet. Zudem ist es möglich, Energiespeicher unterschiedlicher axialer Länge in derselben Anordnung zu fixieren.
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Entsprechend einer bevorzugten Weiterbildung kommen durch die Verschiebung des Energiespeichers jeweils ein Kontakt des Energiespeichers und ein Kontakt des Grundmoduls miteinander in Berührung.
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Darüber hinaus kann das Grundmodul einen oder mehrere elektrische Kontakte zur Herstellung elektrischer Verbindungen mit dem Fahrzeug aufweisen. Diese sind etwa in einem oder mehreren Steckverbindern integriert, die jeweils beim Einbau des Grundmoduls in das Fahrzeug mit einem entsprechenden Gegenstück des Fahrzeugs verbunden werden.
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Bevorzugt ist das Grundmodul mit einem oder mehreren federbelasteten Stiften weitergebildet. Diese werden durch die Verschiebung des Energiespeichers von der Startposition in die Endposition gegen den Energiespeicher verspannt. Eine von den Stiften aufgebrachte Federkraft wirkt also jeweils der Verschiebung des Energiespeichers entgegen. Dies lässt sich nutzen, um bei einer horizontal geneigten Anbringung des Energiespeichers die Gewichtskraft des Energiespeichers mindestens teilweise zu kompensieren. Bevorzugt weist der Energiespeicher eine oder mehrere Ausnehmungen auf, in die jeweils ein Stift eingreift. Auf die Weise wird der Energiespeicher während der Verschiebung durch die federbelasteten Stifte geführt.
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Um den Energiespeicher in dem Fahrzeugrahmen zu halten, sind in einer bevorzugten Weiterbildung ein oder mehrere Halteelemente vorgesehen, die durch die Verschiebung formschlüssig mit dem Energiespeicher in Eingriff kommen oder sich während der Verschiebung formschlüssig mit dem Energiespeicher in Eingriff befinden. Bevorzugt befinden sich die Halteelemente in der Startposition nicht mit dem Energiespeicher in Eingriff. Die Startposition entspricht dann einer Position, in der der Energiespeicher in den Fahrzeugrahmen eingesetzt und aus dem Fahrzeugrahmen entnommen werden kann. In Eingriff mit dem Energiespeicher kommen die Halteelemente in dem Fall erst durch die Verschiebung. Insbesondere befinden sie sich im Eingriff, wenn der Energiespeicher die Endposition erreicht hat.
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Die Halteelemente sind bevorzugt derart weitergebildet, dass sie mit dem Grundmodul eine bauliche Einheit bilden. Dies lässt sich etwa mittels einer Verbindungsschiene realisieren, die einerseits mit den Halteelementen und andererseits mit dem Grundmodul gefügt ist. Durch die Weiterbildung vereinfacht sich die Montage, da die Halteelemente zusammen mit dem Grundmodul vormontiert werden können. Außerdem ist es möglich, die Toleranzen innerhalb des Grundmoduls unabhängig von den Toleranzen des Fahrzeugrahmens zur Batterie hin zu optimieren.
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Die Richtung der oben beschriebenen Verschiebung des Energiespeichers und eine Längsachse eines Rohrs des Fahrzeugrahmens sind in einer bevorzugten Weiterbildung parallel zueinander ausgerichtet. Bei dem Rohr des Fahrzeugrahmens kann es sich insbesondere um ein Rohr handeln, an dem der Energiespeicher durch die Anordnung fixiert wird.
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Eine Achse, um welche die Verschwenkung des Hebels erfolgt und die Richtung der Verschiebung sind in einer ebenso bevorzugten Weiterbildung orthogonal zueinander ausgerichtet.
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Der Hebel bildet in einer bevorzugten Weiterbildung eine Führungsfläche aus. Damit bildet der Hebel den Kurventräger des oben genannten Kurvengetriebes. Der Energiespeicher bildet in Gestalt einer Gegenfläche das Abgriffsglied. Wenn der Hebel mit dem Energiespeicher in Eingriff gebracht wird, kommt die Führungsfläche an der Gegenfläche weiterbildungsgemäß zur Anlage. Dies bedeutet, dass die Führungsfläche die Gegenfläche berührt. Wird der Hebel weitergehend verschwenkt, gleitet die Führungsfläche an der Gegenfläche ab. Daraus resultiert die beschriebene Verschiebung des Energiespeichers.
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Die Führungsfläche ist in einer darüber hinaus bevorzugten Weiterbildung so angeordnet, dass sie eine Ebene, die parallel zu der Richtung der Verschiebung ausgerichtet ist, und die zudem durch die Gegenfläche verläuft, die Gegenfläche also schneidet, in Abhängigkeit eines Schwenkwinkels des Hebels in unterschiedlichen axialen Positionen schneidet. Mit axialer Position wird eine Position in Richtung der Verschiebung bezeichnet. Durch die weiterbildungsgemäß in Abhängigkeit des Schwenkwinkels veränderliche axiale Position kommt es zu der beschriebenen Verschiebung des Energiespeichers.
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Die oben beschriebene Ausgestaltung der Führungsfläche ergibt sich etwa, wenn die Führungsfläche mit einem spiralförmigen Verlauf weitergebildet ist. Insbesondere kann mindestens ein Teil des Hebels, der die Führungsfläche ausbildet, spiralförmig weitergebildet sein.
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Der Hebel ist bevorzugt zweiteilig mit einem ersten Teil und einem zweiten Teil weitergebildet. Der Hebel ist mit dem ersten Teil verschwenkbar in dem Grundmodul gelagert. Dies bedeutet, dass zum einen der erste Teil verschwenkbar in dem Grundmodul gelagert ist. Zum anderen ist die oben beschriebene Verschwenkung des Hebels gleichbedeutend mit einer Verschwenkung des ersten Teils. Der zweite Teil wiederum ist verschwenkbar in dem ersten Teil gelagert. Eine Schwenkachse, um die der zweite Teil relativ zu dem ersten Teil verschwenkt werden kann, verläuft dabei bevorzugt parallel zu einer Schwenkachse, um die der erste Teil relativ zu dem Grundmodul verschwenkt werden kann.
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Der zweite Teil ist durch Verschwenkung des ersten Teils in dem Grundmodul mit dem Energiespeicher in Eingriff bringbar. Dabei bildet der zweite Teil mit dem Energiespeicher das oben beschrieben Kurvengetriebe Kurvengetriebe, sodass eine weitergehende Verschwenkung des ersten Teils in die eingangs beschriebene Verschiebung des Energiespeichers umgewandelt wird. Die Verschwenkbarkeit des zweiten Teils ermöglicht dabei einen Ausgleich toleranzbedingter Maßabweichungen innerhalb der Anordnung.
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Darüber hinaus ist der Hebel bevorzugt mit einem Federelement weitergebildet. Dieses ist mit dem ersten Teil und dem zweiten Teil wirkverbunden. Eine von dem Federelement aufgebrachte Federkraft wirkt also zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil. Die Federkraft bewirkt ein zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil angreifendes Drehmoment, das einer Verschwenkung des zweiten Teils gegenüber dem ersten Teil führt bzw. einer solchen Verschwenkung entgegenwirkt.
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Weiterbildungsgemäß verspannt das Federelement den zweiten Teil bei der weitergehenden Verschwenkung des Hebels, das heißt bei der weitergehenden Verschwenkung des ersten Teils, gegen den Energiespeicher. Im Einzelnen kommt es bei der weitergehenden Verschwenkung zu einer toleranzbedingten Verschwenkung des zweiten Teils gegenüber dem ersten Teil, die eine Verspannung des Federelements zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil bewirkt. Dadurch ergibt sich eine feste, klapperfreie Fixierung des Energiespeichers.
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Bevorzugt ist die Anordnung zudem mit einem Fixiermittel, beispielsweise einem Schloss weitergebildet, mit dem er erste Teil in einer Position fixierbar, die der erste Teil einnimmt, wenn der zweite Teil gegen den Energiespeicher verspannt ist. Durch die Fixierung des ersten Teils mittels des Fixiermittels wird die oben beschriebene Verspannung des zweiten Teils gegen den Energiespeicher aufrechterhalten. Ein Schloss als Fixiermittel dient zugleich der Diebstahlsicherung.
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Bevorzugt ist der Hebel weitergebildet, durch die beschriebene Verschwenkung in eine Aussparung des Energiespeichers einzugreifen. Die Aussparung oder ein Teil der Aussparung bildet dabei das Abgriffsglied des oben beschriebenen Kurvengetriebes. Vorzugsweise befindet sich die Aussparung mindestens teilweise in einer Mantelfläche des Energiespeichers.
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Bei dem oben beschriebenen Energiespeicher handelt es sich um einen erfindungsgemäßen Energiespeicher. Dieser ist bevorzugt mit einer an einer Stirnseite des Energiespeichers angebrachten Platte weitergebildet, die einen Teil der oben beschriebenen Aussparung abdeckt. Bevorzugt ist diese Platte weitergebildet, die oben beschriebene Gegenfläche für die Führungsfläche des Hebels zu bilden.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt. Im Einzelnen zeigt:
- 1 eine Fixiervorrichtung mit Energiespeichern unterschiedlicher axialer Länge;
- 2A bis D einen Mechanismus mit einem Hebel
- 3 den Aufbau des Hebels; und
- 4 eine Akkuschnittstelle.
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Die in 1 dargestellte Fixiervorrichtung 101 umfasst ein Grundmodul 103, Halteelemente 105 und eine Schiene 107. An der Schiene 107 sind das Grundmodul 103 und die Halteelemente 105 fixiert. Die Schiene 107 wiederum lässt sich an einen Fahrradrahmen anschrauben.
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Die Fixiervorrichtung 101 dient der Aufnahme elektrischer Akkus 109a, 109b. Die Akkus 109a, 109b weisen jeweils eine Führungsnut 111 auf, mit der sich die Akkus 109a, 109b auf die Fixierelemente 105 aufschieben lassen. Dabei greifen die Fixierelemente 105 formschlüssig in die Führungsnut 111 ein.
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Durch den Aufbau der Fixiervorrichtung 101 ist es möglich, Akkus 109a, 109b mit unterschiedlicher axialer Länge einzusetzen. So weist ein Akku 109a eine axiale Länge A und ein Akku 109b eine axiale Länge B auf. Die axiale Länge A ist dabei größer als die axiale Länge B.
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Ein Hebel 113 ist verschwenkbar in dem Grundmodul 103 gelagert. Der Hebel 113 dient der Fixierung der Akkus 109a, 109b. Er ist in 1 in einer geschlossenen Position dargestellt.
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Die 2A bis 2D verdeutlichen die Funktion des Hebels 113. Dargestellt ist in den 2A bis 2D, wie ein Akku 109 in die Fixiervorrichtung 101 eingeschoben und mittels des Hebels 113 fixiert wird. Der Akku 109 wird zunächst so in die Fixiervorrichtung 101 eingesetzt, dass die Halteelemente 105 in die Führungsnut 111 eingreifen. Dies ist in 2A dargestellt. Der Akku 109 ist in dieser Position von dem Grundmodul 103 axial beabstandet. Entlang einer Längsachse 201 erstreckt sich also ein Zwischenraum zwischen dem Grundmodul 103 und dem Akku 109.
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Ausgehend von der in 2A dargestellten Anordnung wird der Akku 109 axial, das heißt entlang der Längsachse 201 in Richtung des Grundmoduls 103 verschoben. Dadurch verringert sich der axiale Abstand zwischen dem Akku 109 und dem Grundmodul 101. Durch die Verschiebung greifen die Halteelemente 105 formschlüssig in die Führungsnut 111 ein. Eine entsprechende Anordnung ist in 2B dargestellt.
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Der Hebel 113 weist einen Schließhaken 203 auf. Dieser fluchtet in 2B mit einer Aussparung 205 in dem Akku 209. Die Aussparung 205 wird gebildet durch eine Aussparung in einer Stirnseite des Akkus 109, die von einer Platte 207 teilweise verschlossen wird. Die Platte 207 lässt eine Mündung der Aussparung 205 frei, die orthogonal zu der Längsachse 201 ausgerichtet ist.
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Wird der Hebel 113 geschlossen, greift der Schließhaken 203, wie in 2C dargestellt, in die Mündung ein. Der Schließhaken 203 ist spiralförmig ausgeformt. Er hat die Form eines Teils einer Spirale, das heißt einer Helix, deren Mittelachse parallel zu der Längsachse 201 verläuft. Dadurch bildet der Schließhaken 203 mit der Platte 207 ein Kurvengetriebe. Eine Schwenkbewegung des Hebels 113 wird durch das Kurvengetriebe in eine Verschiebung des Akkus 109 in Richtung des Grundmoduls 103 umgesetzt. Durch Schließen des Hebels 113 wird der Akku 109 also von dem Schließhaken 203 in Richtung des Grundmoduls 103 gezogen.
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2D zeigt den Hebel 113 in geschlossener Position. Der Schließhaken 203 befindet sich in dieser Position innerhalb der Aussparung 205 ein und fixiert so den Akku 109. Mittels eines Schlosses 209 wird der Hebel 113 in der geschlossenen Position fixiert. Das Schloss 209 schützt den Akku 109 zudem vor unbefugtem Zugriff.
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Um toleranzbedingte Maßabweichungen auszugleichen und den Akku 109 klapperfrei zu fixieren, ist der Hebel 113 zweiteilig ausgeführt. So besteht der Hebel 113, wie in 3 dargestellt, aus einem ersten Teil 113a und einem zweiten Teil 113b. Mit dem ersten Teil 113a ist der Hebel 113 verschwenkbar in dem Grundmodul 103 gelagert. Der zweite Teil 113b wiederum ist verschwenkbar in dem ersten Teil 113a gelagert. An dem zweiten Teil 113b ist der Schließhaken 203 angeformt.
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Die Verschwenkbarkeit des zweiten Teils 113b in dem ersten Teil 113a wird durch einen in 3 dargestellten Elastomer 301 eingeschränkt. Dieser verbindet den ersten Teil 113a und den zweiten Teil 113b so miteinander, dass eine Verschwenkung des zweiten Teils 113b in dem ersten Teil 113a mit einer elastischen Verformung des Elastomers 301 einhergeht. Insbesondere wird der Elastomer 301 verformt, wenn der Schließhaken 203 vollständig in die Aussparung 205 eingreift und der erste Teil 113a ausgehend von dieser Position des Hebels 113 weiter in seine Endposition verschwenkt wird. Durch die Verformung des Elastomers 301 übt dieser ein zwischen dem ersten Teil 113a und dem zweiten Teil 113b wirkendes Moment aus, das den zweiten Teil 113b gegen den Akku 109a, 109b bzw. die Platte 207 verspannt.
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Das Grundmodul 103 weist eine elektrische Schnittstelle in Gestalt einer in 4 dargestellten Steckverbinders 401a auf. Ein Steckverbinder 401b als Gegenstück zu dem Steckverbinder 401a des Grundmoduls 103 befindet sich an der oben genannten Stirnseite des Akkus 109. Wird der Akku, wie oben beschrieben, in die Fixiervorrichtung 101 eingesetzt und mittels des Hebels 113 fixiert, greifen die Steckverbinder 401 a, 401 b ineinander und stellen so eine elektrische Kontaktierung des Akkus 109a, 109b her.
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Das Grundmodul 103 weist darüber hinaus zwei Führungsstifte 403a, 403b auf. Diese sind ausgebildet, in entsprechende Aussparungen 405a, 405b des Akkus 109 einzugreifen. Die Aussparungen 405a, 405b befinden sich an derselben Stirnseite des Akkus 109 wie der Steckverbinder 401a. Durch den Eingriff der Führungsstifte 403a, 403b in die Aussparungen 405a, 405b werden Bewegungen des Akkus 109 orthogonal zu der Längsachse 201 unterbunden. Derartige Bewegungen können die Steckverbinder 401 a, 401b schädigen.
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Ein Führungsstift 403a ist in Längsrichtung, das heißt entlang der Längsachse 201, beweglich und federbelastet. Durch die Federkraft wirkt der Führungsstift 403a der Schwerkraft des Akkus 109 entgegen. Dies erleichtert das Einsetzen und die Entnahme des Akkus 109.
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Bezugszeichenliste
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- 101
- Fixiervorrichtung
- 103
- Grundmodul
- 105
- Halteelement
- 107
- Schiene
- 109a
- Akku
- 109b
- Akku
- 111
- Führungsnut
- 113
- Hebel
- 113a
- erster Teil des Hebels
- 113b
- zweiter Teil des Hebels
- 201
- Längsachse
- 203
- Schließhaken
- 205
- Aussparung
- 207
- Platte
- 209
- Schloss
- 301
- Elastomer
- 401a
- Steckverbinder
- 401b
- Steckverbinder
- 403a
- Führungsstift
- 403b
- Führungsstift
- 405a
- Aussparung
- 4005b
- Aussparung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102019204572 B3 [0002]
