DE102022126614A1

DE102022126614A1 - Ladestecker und Ladebuchse zum Übertragen eines Ladestroms an ein elektrisch antreibbares Fahrzeug

Info

Publication number: DE102022126614A1
Application number: DE102022126614.1A
Authority: DE
Inventors: Peter Hakenberg
Original assignee: Paxos Consulting and Engineering GmbH and Co KG
Current assignee: Paxos Consulting and Engineering GmbH and Co KG
Priority date: 2022-10-12
Filing date: 2022-10-12
Publication date: 2024-04-18

Abstract

Es ist ein Ladestecker zum Übertragen eines Ladestroms an ein elektrisch antreibbares Fahrzeug offenbart. Der Ladestecker weist einen Steckkörper (2), mehrere Kontaktelemente (3) und mindestens ein Datenkoppelelement (5) auf, wobei die mehreren Kontaktelemente (3) zum elektrischen Kontaktieren des Ladesteckers mit Kontaktelementen (15) einer Ladebuchse (12) ausgebildet sind. Dabei umfasst das mindestens eine Datenkoppelelement (5) ein optisch leitfähiges Material und eine Lichtkoppelstelle (16). Das mindestens eine Datenkoppelelement (5) ist zum Austausch von Daten in Form von moduliertem Licht (19) mit mindestens einem korrespondierenden Datenkoppelelement (15) der Ladebuchse (12) ausgebildet. Die Lichtkoppelstelle (16) ist zum Einkoppeln von moduliertem Licht (19) aus einem Lichtwellenleiter (18) in das zugehörige Datenkoppelelement (5) und/oder zum Auskoppeln von moduliertem Licht (19) aus dem zugehörigen Datenkoppelelement (5) in einen Lichtwellenleiter (18, 20) ausgebildet.Ferner ist eine korrespondierende Ladebuchse, eine Ladestecker-Ladebuchsen-System sowie eine entsprechende Kommunikationseinrichtung offenbart.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ladestecker zum Übertragen eines Ladestroms an ein elektrisch antreibbares Fahrzeug, aufweisend einen Steckkörper, mehrere Kontaktelemente und mindestens ein Datenkoppelelement, wobei die mehreren Kontaktelemente zum elektrischen Kontaktieren des Ladesteckers mit Kontaktelementen einer Ladebuchse ausgebildet sind. Die Erfindung betrifft ferner eine entsprechende Ladebuchse, ein entsprechendes Ladestecker-Ladebuchsen-System und eine Kommunikationseinrichtung mit einem derartigen Ladestecker-Ladebuchsen-System.
Aus dem Stand der Technik sind Ladestecker für elektrisch antreibbare Fahrzeuge bekannt, die zur Verbindung mit einer korrespondierenden Ladebuchse ausgeformt sind. Derartige Stecker-Buchse-Verbindungen können auf verschiedene Arten ausgebildet sein und können beispielsweise auch Einführhilfen, Verriegelungsmechanismen oder sonstige Zusatzmerkmale umfassen. Der elektrische Kontakt zwischen Leitungen eines Ladekabels und einer entsprechenden Ladekomponente eines Fahrzeugs wird typischerweise durch mehrere Kontaktelemente hergestellt. Es ist weit verbreitet, für einen elektrischen Kontakt zwischen Stecker und Buchse mehrere Kontaktstifte zu verwenden, die in korrespondierende Kontaktöffnungen eingeschoben werden.
Ein anderer Ansatz eines derartigen Ladesteckers bzw. einer derartigen Ladebuchse ist in der WO 2019 / 008 051 A1 offenbart. Der dort entnehmbare Ladestecker weist mehrere ringförmige Kontaktelemente auf, die in Umfangrichtung eines zylindrischen Steckkörpers angeordnet sind. Zumindest abschnittsweise ringförmige Kontaktelemente in der Ladebuchse kontaktieren Kontaktelement des Ladesteckers. Im Inneren des Ladesteckers kann eine Kühleinrichtung angeordnet sein, um die Stecker-Buchsen-Verbindung während eines Ladevorgangs zu kühlen. Auf diese Weise ist ein effizientes Laden mit hohen Ladeströmen möglich.
Neben einem Ladestrom werden über eine Ladestecker-Ladebuchsen-Verbindung regelmäßig auch Steuersignale übertragen, beispielsweise um den Ladevorgang besser steuern zu können. Derartige Steuersignale werden immer wichtiger je größer die genutzten Ladeleistungen sind und je effizienter ein Ladevorgang erfolgen soll. Mit den Steuersignalen können Parameter des Ladevorgangs, Informationen über die Ladestation, Informationen über das zu ladende Fahrzeug, etc. ausgetauscht werden. Ein Beispiel für die Nutzung derartiger Steuersignale offenbart die WO 2016/ 184 711 A1 .
Für eine Übertragung von Steuersignalen können bei den vorgenannten „klassischen“ Steckern/Buchsen, d.h. Stecker/Buchsen mit stiftförmigen Kontakten, separate Kontaktstifte vorgesehen sein, über die ausschließlich Steuersignale übertragen werden. Bei dem zuvor erwähnten Ladestecker bzw. der Ladebuchse gemäß WO 2019 / 008 051 A1 können an der Stirnseite des Ladesteckers ringförmige Steuerkontakte ausgebildet sein, über die elektrische Steuersignale übertragbar sind.
Aus dem Stand der Technik bekannten Ansätze zur Übertragung von Steuersignalen weisen den Nachteil auf, dass hohe Ladespannungen und/oder Ladeströme die oft relativ niedrigen Pegel der Steuersignale stören können. Zwar können störungsunempfindlichere Übertragungstechniken und/oder höhere Übertragungspegel eingesetzt werden, um dieses Problem zu mindern. Dennoch bleibt die Übertragung störanfällig und in ihren Möglichkeiten beschränkt. Zudem sind diese Maßnahmen stets mit einem nicht unerheblichen Aufwand verbunden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ladestecker, eine Ladebuchse, ein Ladestecker-Ladebuchsen-System und eine Kommunikationseinrichtung bereitzustellen, bei denen eine störungsunempfindlichere Übertragung von Steuersignalen und/oder sonstigen Signalen ermöglicht ist und die gleichzeitig einfach zu handhaben sind.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombinationen der nebengeordneten Ansprüche gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die jeweiligen Unteransprüche.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden und weitere Ausgestaltungen aufzeigen können. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
Es sei ferner angemerkt, dass eine hierin verwendete, zwischen zwei Merkmalen stehende und diese miteinander verknüpfende Konjunktion „und/oder“ stets so auszulegen ist, dass in einer ersten Ausgestaltung lediglich das erste Merkmal vorhanden sein kann, in einer zweiten Ausgestaltung lediglich das zweite Merkmal vorhanden sein kann und in einer dritten Ausgestaltung sowohl das erste als auch das zweite Merkmal vorhanden sein können.
Es ist erkannt worden, dass durch Nutzung einer optischen Datenübertragung eine gegenüber hohen Ladespannungen und/oder hohen Ladeströmen weitgehend störungsunempfindliche Datenübertragung erreicht werden kann. Ferner ist erkannt worden, dass für eine Übertragung von moduliertem Licht, mit dem eine derartige optische Datenübertragung erfolgen kann, nicht über ein separates Lichtwellenleiterkabel erfolgen muss. Denn ein derartiges separates Lichtwellenleiterkabel, das zusätzlich zu dem eigentlichen Ladekabel verbunden werden muss, würde das Vorbereiten eines Ladevorgangs verkomplizieren und das Handhaben empfindlicher optischer Leiter erforderlich machen. Vielmehr können Mittel, die für eine optische Datenübertragung genutzt werden können, in dem Ladestecker bzw. der Ladebuchse integriert werden. Auf diese Weise ließe sich prinzipiell sogar eine Kopplung mit einem optischen Fahrzeugbus herstellen, ähnlich wie beispielsweise einem Fahrzeugbus gemäß WO 2013 / 186 154 A1 .
Für eine Übertragung von moduliertem Licht ist an dem Ladestecker bzw. der Ladebuchse jeweils mindestens ein Datenkoppelelement angeordnet, das ein optisch leitfähiges Material umfasst. In einer Ausgestaltung ist das Datenkoppelelement vollständig aus einem optisch leitfähigen Material gebildet, wobei auch eine Kombination von mehreren optisch leitfähigen Materialien genutzt werden kann. Welches optisch leitfähige Material für das Datenkoppelelement konkret verwendet ist, ist nicht entscheidend. Üblicherweise dürfte es sich um einen Festkörper handeln. Für eine einfachere Handhabbarkeit und bessere Haltbarkeit bietet es sich an, wenn das optisch leitfähige Material über eine hinreichend hohe Festigkeit, beispielsweise gegenüber Kratzern, verfügt. Dabei kann auch eine geeignete Beschichtung an einer Oberseite eines ansonsten weicheren Materials diese hinreichend hohe Festigkeit herstellen.
Das mindestens eine Datenkoppelelement des Ladesteckers und das mindestens eine Datenkoppelelement der Ladebuchse sind derart aufeinander angepasst, dass moduliertes Licht von einem Datenkoppelelement zu einem anderen Datenkoppelelement überkoppeln und damit von Ladestecker zu Ladebuchse und/oder umgekehrt übertragen werden kann. Ein Überkoppeln kann über eine gesamte Länge jeweils koppelnder Datenkoppelelemente oder an einer oder mehreren definierten Stellen koppelnder Datenkoppelelemente erfolgen. Dabei können jeweils koppelnde Datenkoppelelemente in direktem Kontakt miteinander stehen, was einen Luftübergang zwischen den Datenkoppelelementen vermeiden würde. Es kann sich aber auch, beispielsweise für einen verbesserten Schutz der Oberfläche der Datenkoppelelemente, anbieten, wenn die koppelten Datenkoppelelemente in einem gewissen Abstand zueinander angeordnet sind. Dabei sollte ein derartiger Abstand jedoch nicht zu groß sein, um Streueffekte zu vermeiden oder gering zu halten. In einer Ausgestaltung sind koppelnde Datenkoppelelemente in einem Betriebszustand maximal 1 Zentimeter voneinander entfernt angeordnet, in einer weiteren Ausgestaltung maximal 5 Millimeter, in einer noch weiteren Ausgestaltung maximal 2 Millimeter, in einer noch weiteren Ausgestaltung maximal 1 Millimeter. Insbesondere die beiden letztgenannten Abstandsbereichs bieten einen hinreichenden Oberflächenschutz bei gleichzeitig guten optischen Übertragungsverhältnissen.
Die Datenkoppelelemente können in den Steckkörper bzw. die Buchsenöffnung eingelassen und lediglich eine Oberseite der Datenkoppelelemente unmittelbar von außen zugänglich sein. Dabei kann die äußere Oberfläche des Datenkoppelelement bündig mit der Oberfläche des Steckkörpers bzw. der Buchsenöffnung abschließen. Es kann sich aber auch anbieten, dass die Datenkoppelelemente tiefer als die Oberfläche des Steckkörpers bzw. der Buchsenöffnung angeordnet sind, beispielsweise um einen oder wenige Millimeter tiefer. Auf diese Weise kann eine Beschädigung des Koppelelements vermieden bzw. das Risiko einer Beschädigung gemindert werden. In einer Ausgestaltung ist auch denkbar, dass das mindestens eine Datenkopplungselement an dem Ladestecker etwas tiefer angeordnet ist, während das mindestens eine Datenkopplungselement der Ladebuchse leicht erhöht ausgebildet ist. Auf diese Weise kann trotz einer tieferen Anordnung eine Datenkopplungselement an dem Ladestecker ein Kontakt oder ein weitreichendes Annähern koppelnder Datenkopplungselemente erreicht werden. Ferner kann bei Verwendung mehrerer Datenkoppelelemente ein unerwünschtes Überkoppeln von Licht von einem Datenkoppelelement zu einem benachbarten vermieden oder reduziert werden.
Jedes der Datenkoppelelemente umfasst eine Lichtkoppelstelle, die einen Austausch von moduliertem Licht zwischen einem Lichtwellenleiter und dem zugehörigen Datenkoppelelement ermöglicht oder zumindest grundlegend daran beteiligt ist. Für über einen Lichtwellenleiter ankommendes Licht bedeutet dies, dass die Lichtkoppelstelle zum Einkoppeln von moduliertem Licht aus dem Lichtwellenleiter in das Datenkoppelelement ausgebildet ist. Für die umgekehrte Richtung, d.h. für über das Datenkoppelelement ankommendes Licht bedeutet dies, dass die Lichtkoppelstelle zum Auskoppeln von moduliertem Licht aus dem zugehörigen Datenkoppelelement in den Lichtwellenleiter ausgebildet ist. Dabei kann die Lichtkoppelstelle für eine Übertragung von Licht in Richtung Lichtwellenleiter oder in Richtung Datenkoppelelement oder auch bidirektional, d.h. für beide Richtungen gleichermaßen, ausgebildet sein. Zusätzlich oder alternativ kann die Lichtkoppelstelle derart aufgebaut sein, dass an der Lichtkoppelstelle eine definierte Überkopplung an das koppelnde Datenkoppelelement erfolgt. D.h. bei der Lichtkoppelstelle des Datenkoppelelements des Ladesteckers erfolgt eine definierte Überkopplung von moduliertem Licht an das korrespondierende Datenkoppelelement der Ladebuchse bzw. umgekehrt. Wie konkret die Lichtkoppelstelle diese Aufgabe/n erfüllt, ist prinzipiell nicht von entscheidender Bedeutung.
Der „Lichtwellenleiter“, der mit einer Lichtkoppelstelle interagiert und in zumindest einigen Ausgestaltungen nicht unmittelbar Bestandteil des Ladesteckers bzw. der Ladebuchse ist, kann auf verschiedene Weise ausgebildet sein. Generell ist es dessen Aufgabe, moduliertes Licht zu der Lichtkoppelstelle hinzuführen bzw. moduliertes Licht von der Lichtkoppelstelle wegzuführen. Diese Aufgabe kann durch die verschiedensten Materialien, Geometrien und sonstige Parameter erfüllt werden. Lichtwellenleiter mit relativ großem Kerndurchmesser, beispielsweise im Bereich mehrerer Millimeter bis in den niedrigen Zentimeterbereich, bieten sich an, um moduliertes Licht besonders einfach in den Lichtwellenleiter einkoppeln zu können. Lichtwellenleiter mit eher kleinerem Kerndurchmesser, beispielsweise zwischen 50 Mikrometer und einem Millimeter, bieten sich beispielsweise bei größeren Übertragungsstrecken an. Günstig dürfte vielfach sein, wenn der Lichtwellenleiter nicht starr, sondern in gewissen Grenzen biegbar ist. In einer Ausgestaltung ist der Lichtwellenleiter durch eine Glasfaser gebildet.
Das bei der vorliegenden Offenbarung genutzte „modulierte Licht“ kann ebenso verschiedentlich gebildet sein. Generell sollte das Licht dazu geeignet sein, Daten zu übermitteln. Ferner sollte eine Übertragung über Lichtwellenleiter möglich sein. Diese Anforderungen können aber verschiedentlich erfüllt werden. In einer Ausgestaltung ist das modulierte Licht durch Laserlicht gebildet. Dabei können verschiedene Farben des Lichts (beispielsweise rot, infrarot, grün, etc.), verschiedene Modulationsarten (beispielsweise Intensitätsmodulation) und/oder sonstige Parameter verwendet werden.
Die vorliegende Offenbarung lässt sich für die Übertragung verschiedenster „Daten“ nutzen. Üblicherweise dürfte es sich dabei um digitale Daten handeln, d.h. Daten, die in diskreten Zuständen, beispielsweise 0 und 1, kodiert sind. Dabei können die Daten in kontinuierlichen Datenströmen oder auch paketiert übertragen werden. Ein Beispiel möglicher Daten umfassen Nachrichten eines Datenbusses, beispielsweise eines CAN (Controller Area Network)-Busses oder eines anderen Feldbusses. Ein anderes Beispiel möglicher Daten umfasst PWM-Signale (Puls-Weiten-Moduliertes Signale). Prinzipiell lassen sich auch Daten für ein Software-Update oder zum Auslesen von Fahrzeuginformationen übertragen, wobei auch ein Ethernet oder sonstige Netzwerktechnologien eingesetzt werden könnten. Diese wenigen, nicht abschließend oder beschränkend zu verstehenden Beispiele zeigen die universelle Einsetzbarkeit der vorliegenden Offenbarung.
Die vorliegende Offenbarung kann prinzipiell im Zusammenhang mit verschiedensten Ladesteckern angewendet werden. „Klassische“ Ladestecker-Ladebuchsen-Systeme lassen sich prinzipiell ebenso einsetzen, wie beispielsweise das Ladestecker-Ladebuchsen-System gemäß WO 2019 / 008 051 A1 . Auch wenn das letztgenannte System ein bevorzugtes Einsatzsystem darstellt, kann das mindestens eine Datenkopplungselement prinzipiell überall dort ergänzt werden, wo ausreichend Platz an dem Ladestecker und der Ladebuchse vorhanden ist.
Generell kann der hier offenbarte Ladestecker bzw. die hier offenbarte Ladebuchse zum Übertragen eines Ladestroms an verschiedenste elektrisch antreibbare Fahrzeuge mit elektrisch aufladbarem Energiespeicher, beispielsweise einer Batterie, genutzt werden. Diese Fahrzeuge können ein- oder mehrspurige Fahrzeuge sein, wie beispielsweise Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Busse, Motorräder, Roller, Landmaschinen, Minenfahrzeuge, Schienenfahrzeuge oder dergleichen. Diese Fahrzeuge können aber auch Boote, Fähren, Schiffe, Frachter oder Flugobjekte umfassen. Insgesamt kann die vorliegende Offenbarung mit verschiedensten Fortbewegungs- und Transportmitteln eingesetzt werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf einen Energiefluss von einer Energiequelle zu dem Fahrzeug beschränkt ist. Vielmehr kann auch ein Energiefluss von dem Fahrzeug in die Energiequelle ermöglicht werden. Auch wenn die primäre Flussrichtung zu dem Fahrzeug sein dürfte, ist eine umgekehrte Flussrichtung nicht ausgeschlossen. Nachfolgend ist - ohne Beschränkung der Allgemeinheit - jeweils von einem Ladevorgang bzw. einer Energieübertragung zu dem Fahrzeug die Rede.
Entsprechend dem jeweiligen Einsatz können der Ladestecker und die Ladebuchse an unterschiedlichen Stellen einer Ladekette angeordnet sein. Der Ladestecker kann an dem Fahrzeug oder an einer Ladestation bzw. einer anderen Art von Energiequelle angeordnet sein. Entsprechendes gilt für die Ladebuchse. Wesentlich ist lediglich, dass ein Ladestecker mit einer Ladebuchse verbindbar ist und eine Verbindung zwischen der Energiequelle und dem Fahrzeug über mindestens ein hier offenbartes Ladestecker-Ladebuchsen-System herstellbar ist. Dabei kann sowohl die Ladebuchse als auch der Ladestecker mit einem Ladekabel verbunden sein. In einer Ausgestaltung ist eine Ladebuchse an dem Fahrzeug oder an einer Ladestation ausgebildet und ein Ladestecker an einem Ende eines Ladekabels angeordnet. Das andere Ende des Ladekabels ist dann an der Ladestation bzw. dem Fahrzeug angeschlossen. Es ist auch denkbar, dass ein Ladekabel an beiden Enden einen Ladestecker bzw. eine Ladebuchse aufweist.
Als Ladestrom kann Gleichstrom (DC, Direct Current) oder Wechselstrom (AC, Alternating Current) verwendet werden. Bei Wechselstrom können ein- oder mehrphasige Systeme eingesetzt werden. Ein gängiger Vertreter eines mehrphasigen Systems ist beispielsweise Drehstrom mit drei Außenleitern, der sich insbesondere für das Übertragen hoher Ladeleistungen eignet. Entsprechend wird die Anzahl der Kontaktelemente und Leiter eines Ladekabels ausgebildet sein. Auch die Ladeelektronik auf Seiten einer Ladestation und/oder des Fahrzeugs dürfte an die jeweiligen Gegebenheiten angepasst sein. So kann eine Ladestation einen DC/DC-Wandler aufweisen, mit dem die Gleichspannung oder andere Parameter des Ladevorgangs eingestellt werden kann. Auch ein Batteriemanagementsystem in dem Fahrzeug dürfte an den Ladestrom anzupassen sein. Wenn ein Wechselstrom als Ladestrom eingesetzt wird, kann ein Gleichrichter vorgesehen sein, der den Ladestrom für ein Laden des Energiespeichers anpasst. Diese nicht abschließende und nicht einschränkend zu verstehende Aufzählung zeigt, wie universell der über das Ladestecker-Ladebuchsen-System übertragbare Ladestrom und die jeweils bei einem Ladevorgang beteiligten Komponenten ausgestaltet sein können.
Die „Kontaktelemente“ dürften an den jeweiligen Anwendungszweck angepasst sein, sowohl hinsichtlich deren Anzahl als auch hinsichtlich deren Beschaffenheit und Anordnung. Zunächst werden Kontaktelemente für das Übertragen des Ladestroms vorgesehen sein. Bei einem Laden mit einem Gleichstrom können dabei zwei Kontaktelemente ausreichend sein. Bei einem Laden mit Wechselstrom können ebenfalls zwei Kontaktelemente genutzt werden. Bei einem Laden mit Drehstrom können vier Kontaktelemente erforderlich sein. Sofern auf einen Neutralleiter verzichtet werden kann, genügen auch drei Kontaktelemente. Zudem kann in allen Fällen ein weiteres Kontaktelement für eine Erdung vorgesehen sein. Entsprechend dem zu erwartenden Stromfluss und einer erforderlichen Charakteristik einer Verbindung können die Kontaktelemente ausgebildet und angeordnet sein. So können beispielsweise Kontaktelemente für das Übertragen von Kleinspannungen, beispielsweise zum Versorgen von Aktuatoren in dem Ladestecker-Ladebuchsen-System, deutlich schmäler ausgeführt sein als die Kontaktelemente zum Übertragen des Ladestroms. Kontaktelemente zur Übertragung des Ladestroms dürften einen größeren Abstand zueinander haben als Kontaktelemente für Kleinspannungen.
In einer Ausgestaltung des Ladesteckers ist das mindestens eine Datenkoppelelement an einer Stirnseite des Steckkörpers angeordnet und weist an einer dem Steckkörper abgewandten Seite vorzugsweise eine im Wesentlichen glatte Oberfläche auf. Eine Anordnung an einer Stirnseite kann einem Zerkratzen der Datenkoppelelemente vorbeugen, da sich koppelnde Datenkopplungselemente auf diese Weise bei einem Einstecken des Ladesteckers in die Ladebuchse aufeinander zu bewegen und eine Bewegung in Querrichtung des Datenkoppelelement minimiert oder sogar vollständig vermieden werden kann. Eine im Wesentlichen glatte Oberfläche kann das Anlagern von Schmutz erschweren und die Überkopplung von Licht von einem Datenkoppelelement zu einem anderen vereinfachen.
In einer Ausgestaltung des Ladesteckers ist das mindestens eine Datenkoppelelement ringförmig ausgebildet, wobei bei mehreren Datenkoppelelementen die Datenkoppelelemente vorzugsweise koaxial zueinander angeordnet sind. Durch eine ringförmige Ausgestaltung kann der Ladestecker rotationssymmetrisch aufgebaut werden. Auf diese Weise ist die Orientierung des Ladesteckers in der Ladebuchse prinzipiell beliebig. Ferner kann ein Überkoppeln von Datenkoppelelement zu Datenkoppelelement verbessert werden. Diese Ausgestaltung lässt sich besonders vorteilhaft bei einer Anordnung an einer Stirnseite des Steckkörpers nutzen. Eine koaxiale Anordnung mehrerer Datenkoppelelemente kann eine gute Ausnutzung von zur Verfügung stehender Fläche gewährleisten. Dabei haben die einzelnen Datenkoppelelement einen unterschiedlichen Durchmesser, weisen aber den gleichen Punkt oder einen annähend gleichen Punkt als Mittelpunkt auf.
Generell bietet es sich bei Verwendung mehrerer Datenkoppelelemente an, dass ein Überkoppeln von Licht zwischen benachbarter Datenkoppelelemente vermieden wird. Dies kann durch ein Tieferanordnen von Datenkoppelelementen erreicht werden. Zusätzlich oder alternativ kann ein Abstand zwischen benachbarten Datenkoppelelementen ausreichend groß gewählt sein. Zusätzlich oder alternativ können Dichtungen zwischen benachbarten Datenkoppelelementen des Ladesteckers und/oder der Ladebuchse angeordnet sein, sodass lediglich die gewünschten Überkopplungen zwischen Datenkoppelelementen des Ladesteckers und der Ladebuchse erfolgen, jedoch nicht unerwünschte zwischen eigentlich unabhängigen optischen Pfaden. Zur Vermeidung eines unerwünschten Überkoppeln können aber auch unterschiedliche Wellenlängen des modulierten Lichts genutzt werden.
In einer Ausgestaltung des Ladesteckers ist das mindestens eine Datenkoppelelement dazu ausgebildet, in das Datenkoppelelement eingekoppeltes moduliertes Licht mittels Totalreflektion innerhalb des Datenkoppelelements weiterzuleiten. Bei einer Totalreflektion trifft Licht stets in einem Winkel auf eine Grenzfläche des optischen Leiter auf, der kleiner als der Grenzwinkel des optischen Leiters ist. Auf diese Weise kann eingekoppeltes Licht innerhalb des optischen Leiters, im vorliegenden Fall innerhalb des Datenkoppelelement geleitet werden. Dies ermöglicht ein zuverlässiges Hinleiten von eingekoppeltem Licht zu der Lichtkoppelstelle des Datenkoppelelements.
In einer Ausgestaltung des Ladesteckers sind das mindestens eine Datenkoppelelement und die jeweilige Lichtkoppelstelle derart aufeinander angepasst, dass innerhalb des Datenkoppelelements mittels Totalreflexion gelenktes Licht an der Lichtkoppelstelle aus dem Datenkoppelelement in den Lichtwellenleiter ausgekoppelt wird. Auf diese Weise kann eine definierte Auskopplungsstelle von eingekoppeltem moduliertem Licht erreicht werden. Prinzipiell könnte man sagen, dass die Lichtkoppelstelle in dieser Ausgestaltung die Totalreflexion innerhalb des Datenkoppelelements „unterbricht“ und einen Weg aus dem Datenkoppelelement in den Lichtwellenleiter schafft. Eine Struktur, die eine derartige Auskopplung ermöglicht, kann beispielsweise durch eine geeignete Strukturierung der Oberfläche des Datenkoppelements an der Lichtkoppelstelle erreicht werden. Eine Auskopplung kann auch durch eine geeignete Veränderung des Brechungsindex des Datenkoppelelements an der Lichtkoppelstelle erreicht werden. Eine derartige Veränderung kann beispielsweise durch eine entsprechende Dotierung oder eine mechanische Veränderung des optisch leitfähigen Materials erfolgen.
In einer Ausgestaltung des Ladesteckers umfasst die Lichtkoppelstelle eine Mattierung und/oder mindestens eine Vertiefung, an der ein Austritt aus dem Datenkoppelelement und/oder ein Eintritt in das Datenkoppelelement erfolgen kann, wobei sich die Vertiefung vorzugsweise in eine radiale Richtung des mindestens einen Datenkoppelelements erstreckt und/oder vorzugsweise ein dreieckförmiges Profil aufweist. Eine Mattierung an der Lichtkoppelstelle kann ein Überkoppeln zwischen koppelnden Datenkoppelelementen und/oder Voraussetzungen für einen Totalreflexion innerhalb des Datenkoppelelements verbessern. Eine derartige Vertiefung kann das Reflexionsverhalten eines Lichtstrahls an einer Grenzfläche des Datenkoppelelements derart beeinflussen, dass das Licht gezielt und/oder in einer vordefinierten Richtung aus dem Datenkoppelelement austreten kann. Dabei kann sich die Vertiefung in einer sonst ebenen Oberfläche des Datenkoppelelements erstrecken. Die Vertiefung kann auf der der Ladebuchse zugewandten Seite oder der der Ladebuchse abgewandten Seite des Datenkoppelelements ausgebildet sein. Je nachdem, in welcher Weise diese Vertiefung für ein Auskoppeln genutzt wird, kann die Vertiefung in einem Querschnitt gerade, konvex oder konkav sein. Ein Erstrecken der Vertiefung in eine radiale Richtung bietet insbesondere bei ringförmigen Datenkoppelelementen den Vorteil, dass in dem Datenkoppelelement weitergeleitete Lichtstrahlen zuverlässig aus dem Datenkoppelelement ausgekoppelt werden können. Dabei kann die Vertiefung in der radialen Richtung einen geraden Verlauf aufweisen. Es ist aber auch denkbar, dass die Vertiefung gebogen ist, um beispielsweise eine Fokussierung ankommenden Lichts in den Lichtwellenleiter zu erreichen. Ein dreieckförmiges Profil lässt sich besonders einfach herstellen. Eine Mattierung und eine Vertiefung können auch gleichzeitig vorgesehen sein, indem beispielsweise an einer Oberfläche der Vertiefung eine Mattierung ausgebildet ist.
In einer Ausgestaltung des Ladesteckers ist das optische leitfähige Material des mindestens einen Datenkoppelelements durch Glas oder einen optisch leitenden Kunststoff gebildet, wobei der optisch leitende Kunststoff vorzugsweise durch Polymethylmethacrylat - PMMA - oder durch ein Polycarbonat, besonders bevorzugter Weise Makrolon gebildet ist. Glas bietet den Vorteil, dass der Herstellprozess gut kontrollierbar ist und eine gute optische Leitfähigkeit vorhanden ist. Optisch leitfähige Kunststoffe bieten sich wegen ihrer guten Bruchsicherheit an. PMMA, das auch unter dem Namen Plexiglas bekannt ist, bietet den Vorteil, dass es einfach zu bearbeiten ist und in relativ beliebige Formen gebracht werden kann. Da PMMA eine relativ weiche Oberfläche aufweist, kann es sich anbieten, das Material mit einer Beschichtung kratzfester und damit stabiler zu machen. Entsprechende Veredelungsmethoden sind aus der Praxis hinlänglich bekannt. Unter den optisch leitfähigen Polycarbonaten ist insbesondere das unter dem Markennamen Makrolon vertriebene Material gut geeignet.
In einer Ausgestaltung des Ladesteckers ist der Steckkörper zumindest abschnittsweise kegel-, kegelstumpf- oder zylinderförmig aufgebaut und/oder sind die mehreren Kontaktelemente ringförmig ausgebildet und erstrecken sich in Umfangrichtung des Steckkörpers. Eine derartige Ausgestaltung bietet eine besonders leistungsfähige Ladestecker-Ladebuchsen-Struktur, die sich für hohe Ladespannungen (beispielsweise 800 Volt oder 2 Kilovolt) und hohe Ladeströme (beispielsweise 1000 Ampere) eignet. Hinsichtlich weiterer Details und weiterer möglicher Ausgestaltungen sei auf die WO 2019 / 008 051 A1 verwiesen, auf deren Inhalt hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird. Eine stufenweise Ausgestaltung kann das Ausbilden von Kriechströmen verhindern oder zumindest reduzieren.
In einer Ausgestaltung der Ladebuchse ist das mindestens eine Datenkoppelelement an einem Boden der Buchsenöffnung angeordnet und/oder weist an der dem Boden abgewandten Seite eine im Wesentlichen glatte Oberfläche auf. Als „Boden der Buchsenöffnung“ wird in diesem Zusammenhang der Bereich der Buchsenöffnung verstanden, an dem die Stirnseite des Ladesteckers in einem eingesteckten Zustand angeordnet ist. Dies kann bei einer zylinderförmigen Buchsenöffnung die Grundfläche des Zylinders sein. Der Boden kann jedoch auch durch einen in der Buchsenöffnung angeordneten Schlitten gebildet sein, an dem eine Übergabe der Kommunikation erfolgen kann. Eine Anordnung an einem Boden kann einem Zerkratzen der Datenkoppelelemente vorbeugen, da sich koppelnde Datenkopplungselemente auf diese Weise bei einem Einstecken des Ladesteckers in die Ladebuchse aufeinander zu bewegen und eine Bewegung in Querrichtung des Datenkoppelelement minimiert oder sogar vollständig vermieden werden kann. Eine im Wesentlichen glatte Oberfläche kann das Anlagern von Schmutz erschweren und die Überkopplung von Licht von einem Datenkoppelelement zu einem anderen vereinfachen.
In einer Ausgestaltung der Ladebuchse ist das mindestens eine Datenkoppelelement bzw. dessen Lichtkoppelstelle genauso weitergebildet, wie dies im Zusammenhang mit dem mindestens einen Datenkoppelelement bzw. der mindestens einen Lichtkoppelstelle des Ladesteckers ausgeführt ist. Da das mindestens eine Datenkoppelement des Ladesteckers optisch dieselben Funktionen erfüllt wie das mindestens eine Datenkoppelelement der Ladebuchse, sei bezüglich weiterer Eigenschaften des mindestens einen Datenkoppelelement der Ladebuchse auf die vorangegangenen Ausführungen verwiesen. Insbesondere kann das Datenkoppelelement der Ladebuchse ringförmig ausgebildet sein, das Licht innerhalb des Datenkoppelelements mittels Totalreflexion gelenkt werden, die Lichtkoppelstelle ein Auskoppeln von Licht in den Lichtwellenleiter bewirken, die Lichtkoppelstelle eine Vertiefung umfassen und/oder die Datenkoppelstelle aus Glas oder einem optisch leitfähigen Kunststoff (beispielsweise PMMA oder Makrolon) gebildet sein.
In einer Ausgestaltung des Ladestecker-Ladebuchsen-Systems weist der Ladestecker und die Ladebuchse dieselbe Anzahl von Datenkoppelelementen auf und/oder das mindestens eine Datenkoppelelement des Ladesteckers weist jeweils denselben Durchmesser und/oder dieselbe Breite wie das korrespondierende Datenkoppelelement der Ladebuchse auf. Durch eine identische Anzahl von Datenkoppelelementen kann jeweils ein Paar koppelnder Datenkoppelelemente gebildet werden, wodurch eine bestmögliche Übertragungsleistung erzielt werden kann. Durch einen identischen Durchmesser kann eine möglichst gute Deckung der jeweils koppelnden Datenkoppelelemente erzielt werden, was der erzielbaren Übertragungsleistung ebenfalls zuträglich ist. Durch eine identische Breite der Datenkoppelelemente kann eine gute Überkopplung des Lichts von einem Datenkoppelelement zu dem zugeordneten Datenkoppelelement erreicht werden. Bezüglich der Begriffe „identischer Durchmesser“ bzw. „identische Breite“ sei darauf hingewiesen, dass hierunter auch Abweichungen infolge von Toleranzen fallen können. Ferner kann es sich anbieten, kleinere Abweichungen bewusst vorzusehen, um beispielsweise bei einem Einsteckvorgang ein Verklemmen zu vermeiden.
In einer Ausgestaltung umfasst das Ladestecker-Ladebuchsen-System zusätzlich ein Ladekabel, wobei das Ladekabel mit dem Ladestecker oder der Ladebuchse verbunden ist, wobei das Ladekabel für jedes der mehreren Kontaktelement mindestens einen elektrischen Leiter zum Leiten des Ladestroms und für jedes des mindestens einen Datenkoppelelements mindestens einen Lichtwellenleiter zum Leiten von modulierten Licht an eine jeweilige Lichtkoppelstelle umfasst und wobei der mindestens eine Lichtwellenleiter vorzugsweise eine Glasfaser umfasst. Durch das Vorsehen eines Ladekabels kann eine flexiblere Ladesituation geschaffen werden. Durch ein Integrieren eines Lichtwellenleiters in dem Ladekabel kann der Lichtwellenleiter gut gegen mechanische Beschädigung geschützt werden, da Ladekabel meist ohnehin recht fest sind und dadurch die Biegeradien der Ladekabel beschränkt ist.
In einer Ausgestaltung umfasst das Ladestecker-Ladebuchsen-System zusätzlich Arretiermittel, die dazu ausgebildet sind, den Ladestecker in die Ladebuchse zu ziehen und/oder den Ladestecker in der Ladebuchse zu arretieren. Auf diese Weise kann der Ladestecker in einem Betriebszustand gut in dem Ladestecker befestigt sein. Dabei kann der Ladestecker zunächst in die Ladebuchse eingeführt werden. Wenn die Ladebuchse das Vorhandensein eines Ladesteckers erkennt, können die Arretiermittel den Ladestecker vollends in die Ladebuchse ziehen und/oder in der Ladebuchse arretieren. Zudem wird auf diese Weise der Bedienkomfort erhöht.
Das Ladestecker-Ladebuchsen-System kann Bestandteil einer Kommunikationseinrichtung sein. Diese Kommunikationseinrichtung umfasst neben dem Ladestecker-Ladebuchsen-System einen Lichtemittenten und einen Lichtempfänger. Der Lichtemittent erzeugt moduliertes Licht und gibt dieses an einen ersten Lichtwellenleiter aus, der das modulierte Licht an das Ladestecker-Ladebuchsen-System weiterleitet. Von dem ersten Lichtwellenleiter wird das modulierte Licht über koppelnde Datenkoppelelemente des Ladesteckers und der Ladebuchse des Ladestecker-Ladebuchsen-Systems in einen zweiten Lichtwellenleiter übergekoppelt. Von dem zweiten Lichtwellenleiter gelangt das modulierte Licht zu dem Lichtempfänger. Auf diese Weise kann eine optische Kommunikation zwischen Lichtemittent und Lichtempfänger über das Ladestecker-Ladebuchsen-System hergestellt werden. Wenn der Lichtemittent und der Lichtempfänger in einer Ladestation und einem Fahrzeug angeordnet sind, kann auf diese Weise eine Kommunikation zwischen der Ladestation und dem Fahrzeug erreicht werden, die im Wesentlichen störunempfindlich gegenüber hohen Ladespannungen und hohen Ladeströmen ist.
Die Kommunikationseinrichtung kann für eine Kommunikation in eine Richtung ausgebildet sein. Für eine bidirektionale Kommunikation kann diese Kommunikationseinrichtung doppelt vorhanden sein, wobei jede der Kommunikationseinrichtungen für einen Kommunikation in eine Richtung genutzt wird. Die beiden dafür notwendigen Datenkoppelelementpaare können jeweils koaxial zueinander ausgebildet sein.
Prinzipiell kann die Kommunikationseinrichtung auch bidirektional genutzt werden, wobei dann ein Paar von Datenkoppelelementen des Ladesteckers bzw. der Ladebuchse in beide Kommunikationsrichtungen arbeiten muss. Entsprechende Lichtweichen, mit denen die Lichtstrahlen in die jeweiligen Kommunikationsrichtungen aufgetrennt werden können, sind aus der optischen Datenübertragung bekannt.
Zum Unterscheiden der jeweils gewünschte Kommunikationsrichtung können unterschiedliche Maßnahmen genutzt werden. So kann beispielsweise in eine Kommunikationsrichtung eine erste Wellenlänge des modulierten Lichts genutzt werden, in die entgegengesetzte Kommunikationsrichtung eine zweite Wellenlänge. Auf diese Weise ist stets eindeutig, welcher Lichtstrahl zu welcher Kommunikationsrichtung gehört. Denkbar wäre auch eine unterschiedliche Modulationsfrequenz oder ein Codemultiplexing.
In einer Ausgestaltung der Kommunikationseinrichtung erzeugt der Lichtemittent basierend auf einem eingegebenen elektrischen Eingangssignal das modulierte Licht und/oder wandelt der Lichtempfänger empfangenes moduliertes Licht in ein elektrisches Ausgangssignal. Auf diese Weise kann ein elektrisches Signal in ein optisches Signal und in ein elektrisches Signal zurückgewandelt werden.
In einer Ausgestaltung der Kommunikationseinrichtung kann der Lichtemittent und/oder der Lichtempfänger gleichzeitig Teilnehmer eines optischen Busses sein. Auf diese Weise wird der optische Bus zum Aussendenden des modulierten Lichts bzw. zum Empfänger des modulierten Lichts.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung nicht einschränkend zu verstehender Ausführungsbeispiele der Erfindung, die im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert wird. In dieser Zeichnung zeigen schematisch:

1 einen Teilschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines Ladesteckers gemäß der vorliegenden Offenbarung,
2 eine Draufsicht auf eine Stirnseite des Ladesteckers gemäß 1,
3 einen Teilschnitt durch ein Ladestecker-Ladebuchsen-System gemäß der vorliegenden Offenbarung,
4 einen Schnitt durch koppelnde Datenkoppelelemente gemäß der vorliegenden Offenbarung entlang einer Umfangsrichtung,
5 einen Schnitt durch die Datenkoppelelemente gemäß 3 mit einer leicht gedrehten Lage und
6 eine Schrägansicht koppelnder Datenkoppelelemente gemäß der vorliegenden Offenbarung mit einem ersten und zweiten Lichtwellenleiter.

In den unterschiedlichen Figuren sind hinsichtlich ihrer Funktion gleichwertige Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
Die 1 und 2 zeigen Ansichten eines Ausführungsbeispiel eines Ladesteckers 1 gemäß der vorliegenden Offenbarung. Der Ladestecker 1 weist einen Steckkörper 2 auf, der zylinderförmig ausgebildet ist. Um den Steckkörper 2 herum sind in Umfangrichtung fünf ringförmige Kontaktelemente 3 angeordnet, von denen beispielsweise drei für die drei Außenleiter eines Drehstromnetzwerks, eines für einen Neutralleiter und eines für einen Erdungsleiter genutzt werden kann. An einer Stirnseite 4 sind zwei ringförmige Datenkoppelelemente 5 angeordnet, die lediglich in 2 erkennbar sind. An einem der Stirnseite 4 abgewandten Ende des Steckkörpers 2 ist ein Steckergehäuse 6 angeordnet. Das Steckergehäuse 6 umfasst eine Ausnehmung 7, in die eine Abdeckung 8 der Kontaktelemente 3 eingezogen bzw. eingeschoben werden kann. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind Antriebsmittel 9 vorgesehen, von denen in 1 einzelne Antriebszähne angedeutet sind. An der Stirnseite 4 des Ladesteckers 1 ist ferner eine Ausnehmung 10 ausgebildet, in der eine Kühleinrichtung (nicht dargestellt) angeordnet sein kann.
In 3 ist ein Ladestecker-Ladebuchsen-System 11 dargestellt, bei dem ein Ladestecker 1 in eine Ladebuchse 12 eingesteckt ist. Die Kontaktelemente 3 des Ladesteckers 1 kontaktieren korrespondierende Kontaktelemente 13 der Ladebuchse 12 und können damit zum Übertragen eines Ladestroms beispielsweise von der Ladebuchse 12 zu dem Ladestecker 1 genutzt werden. In dem Betriebszustand ist der Ladestecker 1 in einer Buchsenöffnung 14 der Ladebuchse 12 angeordnet. Die Datenkoppelelemente sind der Übersichtlichkeit wegen hier nicht dargestellt.
Anhand der 4 bis 6 soll nachfolgend die Funktion der Datenkoppelelemente sowie der jeweiligen Lichtkoppelstellen näher betrachtet werden. Die 4 und 5 zeigen Schnitte durch koppelnde Datenkoppelelemente in leicht abweichender gegenseitiger Lage. 6 zeigt eine Schrägansicht der koppelnden Datenkoppelelemente, wobei der Abstand der Datenkoppelelemente der Übersichtlichkeit wegen bewusst groß und damit nicht maßstabgetreu dargestellt ist.
Das dargestellte Paar von koppelnden Datenkoppelelementen umfasst ein Datenkoppelelement 5 des Ladesteckers 1 sowie ein Datenkoppelelement 15 der Ladebuchse 12. Jedes der Datenkoppelelemente 5, 15 ist durch ein optisch leitfähiges Material, hier Makrolon oder PMMA, gebildet. Der Einfachheit wegen wird bei den nachfolgenden Ausführungen davon ausgegangen, dass die Daten von dem Ladestecker 1 in Richtung der Ladebuchse 12 übertragen werden.
Die Datenkoppelelemente 5, 15 weisen jeweils eine Lichtkoppelstelle 16, 17 auf, mittels denen aus einem ersten Lichtwellenleiter 18 kommendes moduliertes Licht 19 (beispielsweise ein Laserstrahl) in das Datenkoppelelement 5 eingekoppelt bzw. aus dem Datenkoppelelement 15 in den zweiten Lichtwellenleiter 20 ausgekoppelt werden kann. Jede der Lichtkoppelstelle 16, 17 weist drei Vertiefungen 21 auf, die jeweils dreieckförmig in der sonst ebenen Oberfläche des Datenkoppelelements 5, 15 ausgebildet sind und sich in eine radiale Richtung (in den Figuren senkrecht zur Zeicheneben) erstrecken. An der Spitze 22 der mittleren der drei Vertiefung 21 ist jeweils der Lichtwellenleiter 18 bzw. 20 angeordnet. Dabei ist die Spitze 22 jeweils an einer der dünnsten Stellen des optisch leitfähigen Materials angeordnet und weist von dem jeweils gegenüberliegenden koppelnden Datenkoppelelement weg. Diese Anordnung führt zu der Vereinfachung, dass direkt gegenüberliegende Lichtkoppelstellen 16, 17 ankommendes moduliertes Licht 19 direkt von dem ersten Lichtwellenleiter 18 in den zweiten Lichtwellenleiter 20 überkoppeln können, wie dies in 4 dargestellt ist. Da es in der Praxis schwierig sein kann, die Datenkoppelelemente 5, 15 bzw. die Lichtwellenleiter 18, 20 perfekt relativ zueinander zu positionieren, kann das Datenkoppelelement 5, 15 an oder bei der Lichtkoppelstelle 16, 17 auch mattiert sein, sodass Licht gestreut wird und dadurch besser überkoppeln kann. Die Mattierung kann beispielsweise bei oder um die Spitze 22 der mittleren Vertiefung ausgebildet sein.
In 5 ist ein Fall dargestellt, bei dem sich die beiden Lichtkoppelstellen 16, 17 nicht unmittelbar gegenüberliegen. In diesem Fall gelangt aus dem ersten Lichtwellenleiter 18 ankommendes moduliertes Licht 19 durch das Datenkoppelelement 5 des Ladesteckers 1 in das Datenkoppelelement 15 der Ladebuchse 12. Innerhalb des Datenkoppelelements 15 wird das modulierte Licht 19 mittels Totalreflektion weitergeleitet. Zum Begünstigen einer Einkopplung bzw. Auskopplung des modulierten Lichts kann sich die zuvor bereits angesprochene Mattierung an bzw. bei der Lichtkoppelstelle 16, 17 anbieten. Da die Datenkoppelelemente 5, 15 ringförmig aufgebaut sind, wird das modulierte Licht 19 durch den Ring gelenkt und gelangt wiederum zu der Lichtkoppelstelle 17 des Datenkoppelelements 15. Dort wird das modulierte Licht 19 in den zweiten Lichtwellenleiter 20 ausgekoppelt.
Dieser Effekt ist bei prinzipiell jeder Lage des Ladesteckers 1 relativ zu der Ladebuchse 12 bzw. der Lichtkoppelstellen 16, 17 zueinander entsprechend verwirklicht. Dies ist in der Schrägansicht gemäß 6 entsprechend angedeutet.
Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Beschreibung sowie auf die beigefügten Ansprüche verwiesen.
Schließlich sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele lediglich zur Erörterung der beanspruchten Lehre dienen, diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele einschränken.
Bezugszeichenliste

1: Ladestecker
2: Steckkörper
3: Kontaktelemente (Ladestecker)
4: Stirnseite
5: Datenkoppelelement (Ladestecker)
6: Steckergehäuse
7: Ausnehmung (für Abdeckung)
8: Abdeckung
9: Antriebsmittel
10: Ausnehmung (für Kühleinrichtung)
11: Ladestecker-Ladebuchsen-System
12: Ladebuchse
13: Kontaktelemente (Ladebuchse)
14: Buchsenöffnung
15: Datenkoppelelement (Ladebuchse)
16: Lichtkoppelstelle (Ladestecker)
17: Lichtkoppelstelle (Ladebuchse)
18: erster Lichtwellenleiter
19: moduliertes Licht
20: zweiter Lichtwellenleiter
21: Vertiefungen
22: Spitze

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2019008051 A1 [0003, 0005, 0019, 0032]
WO 2016184711 A1 [0004]
WO 2013186154 A1 [0011]

Claims

Ladestecker zum Übertragen eines Ladestroms an ein elektrisch antreibba res Fahrzeug, aufweisend einen Steckkörper (2), mehrere Kontaktelemente (3) und mindestens ein Datenkoppelelement (5), wobei die mehreren Kontaktelemente (3) zum elektrischen Kontaktieren des Ladesteckers mit Kontaktelementen (15) einer Ladebuchse (12) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Datenkoppelelement (5) ein optisch leitfähiges Material und eine Lichtkoppelstelle (16) umfasst, dass das mindestens eine Datenkoppelelement (5) zum Austausch von Daten in Form von moduliertem Licht (19) mit mindestens einem korrespondierenden Datenkoppelelement (15) der Ladebuchse (12) ausgebildet ist und dass die Lichtkoppelstelle (16) zum Einkoppeln von moduliertem Licht (19) aus einem Lichtwellenleiter (18) in das zugehörige Datenkoppelelement (5) und/oder zum Auskoppeln von modulierten Licht (19) aus dem zugehörigen Datenkoppelelement (5) in einen Lichtwellenleiter (18, 20) ausgebildet ist.
Ladestecker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindes tens eine Datenkoppelelement (5) an einer Stirnseite (4) des Steckkörpers (2) angeordnet ist und an einer dem Steckkörper (2) abgewandten Seite vorzugsweise eine im Wesentlichen glatte Oberfläche aufweist.
Ladestecker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Datenkoppelelement (5) ringförmig ausgebildet ist, wobei bei mehreren Datenkoppelelementen (5) die Datenkoppelelemente (5) vorzugsweise koaxial zueinander angeordnet sind.
Ladestecker nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Datenkoppelelement (5) dazu ausgebildet ist, in das Datenkoppelelement (5) eingekoppeltes moduliertes Licht (19) mittels Totalreflektion innerhalb des Datenkoppelelements (5) weiterzuleiten.
Ladestecker nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Datenkoppelelement (5) und die jeweilige Lichtkoppelstelle (16) derart aufeinander angepasst sind, dass innerhalb des Datenkoppelelements (5) mittels Totalreflexion gelenktes Licht (19) an der Lichtkoppelstelle (16) aus dem Datenkoppelelement (5) in den Lichtwellenleiter (18, 20) ausgekoppelt wird.
Ladestecker nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtkoppelstelle (16) eine Mattierung und/oder mindestens eine Vertiefung (21) umfasst, an der ein Austritt aus dem Datenkoppelelement (5) und/oder ein Eintritt in das Datenkoppelelement (5) erfolgen kann, wobei sich die Vertiefung (21) vorzugsweise in eine radiale Richtung des mindestens einen Datenkoppelelements (5) erstreckt und/oder vorzugsweise ein dreieckförmiges Profil aufweist.
Ladestecker nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das optische leitfähige Material des mindestens einen Datenkoppelelements (5) durch Glas oder einen optisch leitenden Kunststoff gebildet ist, wobei der optisch leitende Kunststoff vorzugsweise durch Polymethylmethacrylat - PMMA - oder durch ein Polycarbonat, besonders bevorzugter Weise Makrolon gebildet ist.
Ladestecker nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Steckkörper (2) zumindest abschnittsweise kegel-, kegelstumpf- oder zylinderförmig aufgebaut ist und/oder dass die mehreren Kontaktelemente (3) ringförmig ausgebildet sind und sich in Umfangrichtung des Steckkörpers (2) erstrecken.
Ladebuchse zum Übertragen eines Ladestroms an ein elektrisch antreibba res Fahrzeug und zum vorzugsweise formschlüssigen Aufnehmen eines Ladesteckers nach einem der Ansprüche 1 bis 8, aufweisend eine Buchsenöffnung (14), mehrere Kontaktelemente (13) und mindestens ein Datenkoppelelement (15), wobei die mehreren Kontaktelemente (15) zum Herstellen eines elektrischen Kontakts mit Kontaktelementen (5) des Ladesteckers (1) angeordnet und ausgebildet sind, wobei das mindestens eine Datenkoppelelement (15) ein optisch leitfähiges Material und eine Lichtkoppelstelle (17) umfasst und dazu ausgebildet ist, Daten in Form von moduliertem Licht (19) mit dem mindestens einen Datenkoppelement (5) des Ladesteckers (1) auszutauschen, wobei die Lichtkoppelstelle (17) zum Einkoppeln von moduliertem Licht (19) aus einem Lichtwellenleiter (20) in das zugehörige Datenkoppelelement (15) und/oder zum Auskoppeln von modulierten Licht (19) aus dem zugehörigen Datenkoppelelement (15) in einen Lichtwellenleiter (20) ausgebildet ist.
Ladebuchse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das mindes tens eine Datenkoppelelement (15) an einem Boden der Buchsenöffnung (14) angeordnet ist und/oder an der dem Boden abgewandten Seite eine im Wesentlichen glatte Oberfläche aufweist.
Ladebuchse nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Datenkoppelelement (15) bzw. dessen Lichtkoppelstelle (17) entsprechend den zusätzlichen Merkmalen der Ansprüche 3 bis 7 weitergebildet ist.
Ladestecker-Ladebuchsen-System mit einem Ladestecker nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und einer Ladebuchse nach einem der Ansprüche 9 bis 11.
Ladestecker-Ladebuchsen-System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladestecker (1) und die Ladebuchse (12) dieselbe Anzahl von Datenkoppelelementen (5, 15) aufweisen und/oder dass das mindestens eine Datenkoppelelement (5) des Ladesteckers (1) jeweils denselben Durchmesser und/oder dieselbe Breite wie das korrespondierende Datenkoppelelement (15) der Ladebuchse (12) aufweist.
Ladestecker-Ladebuchsen-System nach Anspruch 12 oder 13, zusätzlich umfassend ein Ladekabel, wobei das Ladekabel mit dem Ladestecker (1) oder der Ladebuchse (12) verbunden ist, wobei das Ladekabel für jedes der mehreren Kontaktelement (3) mindestens einen elektrischen Leiter zum Leiten des Ladestroms und für jedes des mindestens einen Datenkoppelelements (5, 15) mindestens einen Lichtwellenleiter (18, 20) zum Leiten von modulierten Licht (19) an eine jeweilige Lichtkoppelstelle (16, 17) umfasst und wobei der mindestens eine Lichtwellenleiter (18, 20) vorzugsweise eine Glasfaser umfasst.
Ladestecker-Ladebuchsen-System nach einem der Ansprüche 12 bis 14, zu sätzlich umfassend Arretiermittel, die dazu ausgebildet sind, den Ladestecker (1) in die Ladebuchse (12) zu ziehen und/oder den Ladestecker (1) in der Ladebuchse (12) zu arretieren.
Kommunikationseinrichtung, umfassend einen Lichtemittent, einen Lichtempfänger und ein Ladestecker-Ladebuchsen-System nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei der Lichtemittent über einen ersten Lichtwellenleiter (18) und der Lichtempfänger über einen zweiten Lichtwellenleiter (20) mit dem Ladestecker-Ladebuchsen-System (11) verbunden ist, wobei der erste Lichtwellenleiter (18) und der zweite Lichtwellenleiter (20) über Datenkoppelelemente (5, 15) des Ladesteckers (1) und der Ladebuchse (12) des Ladestecker-Ladebuchsen-Systems (11) optisch miteinander gekoppelt sind, wobei der Lichtemittenten zum Erzeugen und Aussenden von moduliertem Licht über den ersten Lichtwellenleiter (18) an das Ladestecker-Ladebuchsen-System (11) ausgebildet ist und wobei der Lichtempfänger zum Empfangen von über das Ladestecker-Ladebuchsen-System (11) übertragenes moduliertes Licht (19) über den zweiten Lichtwellenleiter (20) ausgebildet ist.
Kommunikationseinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtemittent basierend auf einem eingegebenen elektrischen Eingangssignal das modulierte Licht erzeugt und/oder dass der Lichtempfänger empfangenes moduliertes Licht in ein elektrisches Ausgangssignal wandelt.