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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Batterie-betriebenes Fahrzeug und spezieller auf eine Vorrichtung zum Auswechseln von Batteriesätzen eines Elektrofahrzeugs.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Im Rahmen stärker hervortretender Energie- und Umweltprobleme rücken elektrisch angetriebene Fahrzeuge, aufgrund ihrer Vorteile im Bezug auf die Sauberkeit und Umweltverträglichkeit, immer mehr in den Fokus.
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Herkömmliche Batteriesätze von Elektrofahrzeugen benötigen, angesichts ihrer Entlade-Charakteristiken, eine sehr lange Zeit um wiederaufgeladen zu werden. Dieses führt für die Fahrer zu langen Wartezeiten und ist sehr unvorteilhaft.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Batteriesatz-Wechselvorrichtung für Elektrofahrzeuge bereitzustellen.
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Es wird eine Batteriesatz-Wechselvorrichtung zum Austausch von Batteriesätzen eines Elektrofahrzeuges vorgestellt, welche aufweist: einen beweglichen, rahmenförmigen Hauptmechanismus; einen im Hauptmechanismus montierten Hebemechanismus; einen mit dem Hebemechanismus verbundenen Drehmechanismus; einen mit dem Drehmechanismus verbundenen Anschlussmechanismus; und einem auf dem Anschlussmechanismus angebrachten Batteriesatz-Zieh- und Schiebemechanismus; wobei der Hebemechanismus so ausgestaltet ist, dass er Auf- und Abwärtsbewegungen des Drehmechanismus entlang des Hauptmechanismus ausführt und unterstützt, der Drehmechanismus den Anschlussmechanismus unterstützt, und der Anschlussmechanismus um eine Welle herum drehbar angeordnet ist, welche den Drehmechanismus und den Hebemechanismus verbindet; der Anschlussmechanismus den Batteriesatz-Zieh- und Schiebemechanismus in einer solchen Weise unterstützt, dass der Batteriesatz-Zieh- und Schiebemechanismus ausgehend vom oder einfahrend zum Drehmechanismus heraus- und wieder einfährt; und der Batteriesatz-Zieh- und Schiebemechanismus desweiteren eine Entnahmevorrichtung aufweist, wobei der Batteriesatz-Zieh- und Schiebemechanismus mittels der Entnahmevorrichtung mit dem Batteriesatz verbunden oder getrennt wird.
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Mittels der beschriebenen Batteriesatz-Wechselvorrichtung lassen sich Batteriesätze einfach und schnell austauschen, so dass die Elektrofahrzeuge nicht bis zur Aufladung der Batterien warten müssen, welches Zeit einspart und die Arbeitseffektivität erhöht.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 gibt eine Vorderansicht der Batteriesatz-Wechselvorrichtung in einer Ausgestaltungsform wieder.
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2 gibt eine Seitenansicht der Batteriesatz-Wechselvorrichtung in einer Ausgestaltungsform wieder.
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3 gibt eine Vorderansicht des Drehrahmens aus 1 wieder.
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4 gibt eine Seitenansicht des Drehrahmens aus 1 wieder.
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5 gibt eine Aufsicht des Anschlussmechanismus aus 1 wieder.
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6 gibt eine Seitenansicht des Anschlussmechanismus aus 1 wieder.
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7 gibt schematisch die Entnahmevorrichtung aus 5 wieder.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Die Erfindung wird im Detail anhand der folgenden Ausführungsformen und der Zeichnungen beschrieben.
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1 und 2 veranschaulichen eine Ausführungsform einer Batteriesatz-Wechselvorrichtung für ein Elektrofahrzeug. Der rahmenartigen Hauptmechanismus 100 wird, mit Bezugnahme auf die 1, durch eine verfahrbare Grundplatte 110 und vier vertikale Stützen 120, welche mit ihrem einem Ende auf der Grundplatte 110 und am anderen Ende mit einem Kopfrahmen 130 verbunden sind, gebildet. Ein innerhalb des Hauptmechanismus 100 montierter Hebemechanismus 200 kann entlang der vertikalen Stützen 120 herauf- und herabfahren. Ein Drehmechanismus 300 ist mit dem Hebemechanismus 200 verbunden und kann sich zusammen mit dem Hebemechanismus 200 bewegen. Auf dem Drehmechanismus 300 befinden sich vier Anschlussmechanismen 400, welche Batteriesatz-Zieh- und Schiebemechanismen 500 aufweisen.
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Der Drehmechanismus 300 kann mittels des Hebemechanismus 200 in vertikaler Richtung auf- und abwärts bewegt werden. An dem Drehmechanismus 300 können die Anschlussmechanismen 400 befestigt sein und diese sind um eine Welle, welche den Drehmechanismus 300 mit dem Hebemechanismus 200 verbindet, drehbar angeordnet. Die Batteriesatz-Zieh- und Schiebemechanismen 500 werden durch die Anschlussmechanismen 400 unterstützt und werden durch diese angetrieben, wobei die Batteriesatz-Zieh- und Schiebemechanismen 500 relativ zum Drehmechanismus 300 aus- und wieder eingefahren werden.
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2 gibt eine Seitenansicht der Wechselvorrichtung wieder. Die verfahrbare Basis 110 weist eine Grundplatte 112, einen auf der Grundplatte 112 angebrachten Antriebsmotor 114, eine Antriebswelle 118 und zu beiden Seiten der Antriebswelle 118 angebrachte bewegliche Räder 116 auf. Der Antriebsmotor 114 treibt die beweglichen Räder 116 über die Antriebswelle 118 an und bewegt so den Hauptmechanismus 100.
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Der Hebemechanismus 200 beinhaltet ein Hebegestell 210, einen Aufzugmotor 220 als Kraftquelle, eine Führungswelle 230, ein Ausgleichs- oder Gegengewicht (nicht in der Zeichnung dargestellt) zur Balance, eine an dem Hebegestell 210 befestigte Baugruppe mit Führungsrädern 270 (siehe 1) und eine Vorrichtung zur Hebe-Kraftübertragung. Die Vorrichtung zur Hebe-Kraftübertragung überträgt die Kraft des Aufzugmotors 220 zum Hebegestell 210. Die Vorrichtung zur Hebe-Kraftübertragung weist dabei ein Hub-Zahnrad 250 und eine in das Hub-Zahnrad 250 greifende Hub-Kette (nicht in der Fig. dargestellt) auf.
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In einer weiteren Ausführungsform kann die Kraftquelle durch eine hydraulische Einrichtung ersetzt werden.
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Das Hebegestell 210 ist mit den vertikalen Stützen 120 verschiebbar verbunden. Der Aufzugmotor 220 ist am Kopfrahmen 130 und die Führungswelle 230 ist drehbar auf dem Kopfrahmen 130 befestigt. Das Hub-Zahnrad 250 ist an einem Ende der Führungswelle 230 befestigt und greift an dieser Stelle in die Hub-Kette, deren eines Ende mit dem Gegengewicht und deren anderes Ende mit dem Hebegestell 210 verbunden ist. Der Aufzugmotor 220 versetzt das Hub-Zahnrad 250 über die Führungswelle 230 in eine Drehbewegung, um mittels des Gegengewichtes und der Baugruppe mit Führungsrädern 270 das Hebegestell 210 entlang der vertikalen Stützen 120 auf- und abzubewegen.
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In einer weiteren Ausgestaltung kann die Kraftübertragungsvorrichtung alternativ ein Spindelhubgetriebe und eine Hub-Zahnstange aufweisen. Das Spindelhubgetriebe ist an einem Ende der Führungswelle befestigt und greift in die Hub-Zahnstange, welche vertikal auf dem Hebegestell 210 befestigt ist.
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In einer weiteren Ausführungsform kann die kraftübertragende Einheit alternativ ein Hub-Seil und ein Hub-Rad umfassen. Das Hub-Seil wickelt sich dabei um das Hub-Rad. Das eine Ende des Hub-Seils ist dabei mit dem Heberahmen verbunden, während das andere Ende mit dem Gegengewicht verbunden ist oder frei schwingt. Dies bedeutet im Einzelnen, dass das eine Ende des Hub-Seils mit dem Hebegestell 210 verbunden ist, während das andere Ende mit dem Gegengewicht verbunden ist oder frei schwingt.
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In einer weiteren Ausgestaltung kann die kraftübertragende Einheit alternativ durch ein Hub-Keilriemenrad und einen entsprechenden Hub-Keilriemen gebildet sein. Das Hub-Keilriemenrad ist an einem Ende der Führungswelle 230 befestigt. Das eine Ende des Hub-Keilriemens ist mit dem Heberahmen und das andere Ende mit dem Gegengewicht verbunden oder schwingt frei. Dies bedeutet, dass das eine Ende des Hub-Keilriemens mit dem Hebegestell 210 verbunden ist während das andere Ende mit dem Gegengewicht verbunden ist oder frei schwingt.
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Der Drehmechanismus 300 beinhaltet, wie in 3, 4 und 5 gezeigt, einen Drehrahmen 310, einen Dreh-Motor (nicht in der Abbildung aufgeführt) als Kraftquelle und eine drehbare Verbindungsvorrichtung. Die drehbare Verbindungsvorrichtung wird zum drehbar ausgestalteten Anschluss des Hebegestells 210 benötigt und beinhaltet einen Lagerlaufring, eine Lagerschale und eine Befestigungsplatte 350 zu Befestigung der Lagerschale.
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Der Dreh-Motor ist am Hebegestell 210 befestigt, wohingegen die Lagerschale und die Befestigungsplatte 350 mit dem Drehrahmen 310 verbunden sind. Der Lagerlaufring ist am Hebegestell 210 befestigt. Der Drehrahmen 310 ist drehbar ausgestaltet und so unterhalb des Hebegestells 210 verbaut, dass die Lagerschale und der Lagerlaufring ineinandergreifen. Der Drehmotor versetzt den Drehrahmen 310 mittels Drehung der Lagerschale in Drehbewegungen.
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In einer weiteren Ausfühhrungsform kann die drehbare Verbindungsvorrichtung alternativ einen Aufbau aufweisen, in welchem die Lagerschale am Hebegestell 210 und der Lagerlaufring am Drehrahmen 310 befestigt ist.
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Der Drehmechanismus 300 kann desweiteren mit einer auf dem Drehrahmen 310 befestigten Sperrvorrichtung (nicht mit Ziffern bezeichnet) versehen sein. Die Sperrvorrichtung kann zwei Zustände, offen und gesperrt, annehmen. Für den Fall, dass die Sperrvorrichtung offen ist, lässt sich der Drehrahmen 310 frei bewegen. Ist die Sperrvorrichtung hingegen geschlossen, d. h. die Sperrvorrichtung ist mit dem Hebegestell 210 verbunden, lässt sich der Drehrahmen 310 nicht drehen.
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In 3 und 4 ist dargestellt, dass jeder Anschlussmechanismus 400 zwei Mitnehmergestelle 450 aufweist, und dass auf dem Drehmechanismus 300 insgesamt 4 Anschlussmechanismen 400 untergebracht sind. Die beiden Mitnehmergestelle 450 liegen sich dabei gegenüber. Jeder Anschlussmechanismus 400 kann einen Batteriesatz-Zieh- und Schiebemechanismus 500 aufnehmen, welcher sich entlang des Mitnehmergestells 450 bewegt.
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In 5 ist dargestellt, dass der Anschlussmechanismus 400 desweiteren einen Verbindungsrahmen 410, einen Verbindungsmotor 420 als Kraftquelle, eine Verbindungswelle 430, welche durch den Verbindungsmotor 420 angetrieben wird und ein Antriebsritzel 440 aufweist. Die Verbindungswelle 430 ist frei drehbar auf dem Verbindungsrahmen 410 installiert. Die Antriebsritzel 440 sind jeweils auf den gegenüberliegenden Enden der Verbindungswelle 430 angebracht. Durch das Zusammenspiel der Antriebsritzel 440 mit dem Mitnehmergestell 450 ist der Verbindungsrahmen 410 beweglich innerhalb der Innenseite des Drehrahmen 310 gelagert und kann zum Drehrahmen 310 hin aus- und eingefahren werden. Der Verbindungsmotor 420 bewegt die Antriebsritzel 440 über die Verbindungswelle 430 entlang des Mitnehmergestells 450. Derart lässt sich der Verbindungsrahmen 410 verfahren.
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In 6 ist dargestellt, dass der Anschlussmechanismus 400 desweiteren Laufschienen 470 an der Außenseite des Verbindungsrahmens 410 und eine Zuführungsbahn 460 an der Innenseite des Drehrahmens 310 aufweist. In der vorliegenden Erfindung weist die Zuführungsbahn 460 zudem eine Reihe parallel angeordneter Naben auf. Die Laufschienen 470 werden in die Zuführungsbahn eingeführt und mittels der Naben gehalten. In einer weiteren Ausführungsform kann die Zuführungsbahn eine Laufrille enthalten und die Laufschienen im Wesentlichen H-förmig ausgestaltet sein.
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In einer weiteren Ausführungsform kann die Zuführungsbahn 460 an einer Außenseite des Verbindungsrahmens 410 und die Laufschiene 470 an einer Innenseite des Drehrahmens 310 angebracht sein.
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In weiteren Ausführungsformen kann/können eine, zwei, drei oder mehr Anschlussmechanismen 400 angebracht sein.
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In 6 und 7 ist dargestellt, dass der Batteriesatz-Zieh- und Schiebemechanismus 500 eine Zug- und Schub-Antriebsvorrichtung und eine Entnahmevorrichtung 540 aufweist. Die Zug- und Schub-Antriebsvorrichtung befindet sich auf dem Verbindungsrahmen 410. Die Entnahmevorrichtung 540 ist auf der Zug- und Schub-Antriebsvorrichtung befestigt und wird durch diese bewegt. Die Zug- und Schub-Antriebsvorrichtung beinhaltet einen beweglichen Zieh- und Schieberahmen 510, eine Vielzahl an auf dem Verbindungsrahmen 410 angebrachten Rollen 520, eine Antriebsquelle in Form eines auf dem Verbindungsrahmen 410 installierten Hub/Schub-Motors, einen Zieh- und Schieberahmen 550 und ein auf dem Hub/Schub-Motor 530 installiertes Hub/Schub-Getriebe, welches mit dem Zieh- und Schieberahmen 550 verzahnt ist. Der Hub/Schub-Motor 530 versetzt das Hub/Schub-Getriebe durch Einwirkung auf den Zieh- und Schieberahmen 550 in Rotation, sodass sich der Zieh- und Schieberahmen 510 zusammen mit der Entnahmevorrichtung 540 relativ zum Verbindungsrahmen 410 bewegt. Die Rollen 520 sind derart ausgestaltet, dass sie die durch das Verfahren des Batteriesatz hervorgerufenen Bewegungen dämpfen. In anderen Ausgestaltungen der Erfindung können die Rollen 520 durch Räder ersetzt sein.
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Der Batteriesatz-Zieh- und Schiebemechanismus 500 weist desweiteren einen an dem Zieh- und Schieberahmen 510 angebrachten Gleitschuh (nicht dargestellt) und eine an dem Verbindungsrahmen 410 angebrachte Führungsschiene 580 auf. Die Führungsschiene 580 und der Gleitschuh sind aufeinander abgestimmt. Die Aufgabe des Gleitschuhs und der Führungsschiene 580 besteht in der Unterstützung und Führung des beweglichen Rahmens 510 während des Gleitvorgangs.
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Die Entnahmevorrichtung 540, dargestellt in 8, weist auf dem Batteriesatz ein Gegenstück 542 und ein an dem Hub/Schub-Motor 530 angebrachtes Antriebselement 544 auf. Über das Gegenstück 542 und dass Antriebselement 544 werden der Batteriesatz und der Batteriesatz-Zieh- und Schiebemechanismus 500 miteinander verbunden, beziehungsweise voneinander getrennt.
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In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung können sowohl das Gegenstück 542 als auch das Antriebselement 544 unterschiedlich ausgestaltet sein. Diese Ausführungsformen sind der Allgemeinheit bekannt und werden hier nicht weiter ausgeführt.
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Folgend wird die Arbeitsweise eines Batteriesatz-Austauschsystems mittels der oben erwähnten Batteriesatz-Wechselvorrichtung im Detail erläutert.
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Ein Batteriesatz-Austauschsystem beinhaltet die oben erwähnte Batteriesatz-Wechselvorrichtung, eine Steuerung, einen Schienenstrang und an einer Seite des Schienenstranges eine mehrstöckiges Batteriegestell, in welchem aufgeladene oder im Ladungsprozess befindliche Batterien lagern. Ein Elektrofahrzeug wird auf der gegenüberliegenden Seite des Schienenstranges geparkt, an welcher sich die Batteriesatz-Wechselvorrichtung hin- und her bewegt. Zu Anfangs weist die Batteriesatz-Wechselvorrichtung den Anschlussmechanismus 400 und den Batteriesatz-Zieh- und Schiebemechanismus 500 auf. Dabei liegen bevorzugter weise zwei spiegelbildlich zueinander angeordnete Batteriesatz-Zieh- und Schiebemechanismen 500 vor. Im Ausgangszustand werden geladene Batteriesätze von dem Batteriesatz-Zieh- und Schiebemechanismus 500 aus dem mehrstöckigen Batteriegestell aufgenommen, während der Batteriesatz-Zieh- und Schiebemechanismus 500, welcher in Richtung des Elektrofahrzeugs zeigt, leer ist. Die Rotations-Sperrvorrichtung ist geschlossen, so dass der Rotationsmechanismus der Wechselvorrichtung blockiert. Der gesamte Arbeitsprozess besteht aus zwei Hauptschritten, zum einen der Austausch des Batteriesatzes am Elektrofahrzeug und zum anderen der Austausch des Batteriesatzes am mehrstöckigen Batteriegestell.
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Sobald das Elektrofahrzeug bereit ist, verfährt der Antriebsmotor 112 mittels der Steuerung die Batteriesatz-Wechselvorrichtung zu einer geeigneten Position. Der Aufzugmotor 220 verfährt das Hebegestell 210 auf die entsprechende Höhe des Elektrofahrzeug-Batteriesatzes. Um das Elektrofahrzeug anzuschließen werden die aufeinander abgestimmte Laufschiene 470 und die Zuführungsbahn 460 benutzt und der Verbindungsmotor 420 verfährt den Anschlussmechanismus 400 mit Hilfe des abgestimmten Antriebsritzels 440 und des Mitnehmergestells 450. Der Hub/Schub-Motor 530 des Batteriesatz-Zieh- und Schiebemechanismus 500 in der Richtung des Elektrofahrzeuges springt an und fährt den Batteriesatz-Zieh- und Schiebemechanismus 500 in Position zum Elektrofahrzeug. Die Entnahmevorrichtung 540 verbindet den Batteriesatz-Zieh- und Schiebemechanismus 500 mit einem Batteriesatz und anschließend arbeitet der Hub/Schub-Motor 530 gegenläufig und entnimmt den Batteriesatz mittels des Batteriesatz-Zieh- und Schiebemechanismus 500 aus dem Fahrzeug. Der Verbindungsmotor 420 arbeitet nun auch gegenläufig und zieht den Anschlussmechanismus 400 zurück. Die Rotations-Sperrvorrichtung wird geöffnet, sodass der Rotationsmechanismus freigegeben wird. Der Dreh-Motor 320 springt an und rotiert mittels eines Getriebes den Drehrahmen 310 um 180°. Anschließend verriegelt die Rotations-Sperrvorrichtung wieder. Innerhalb des Batteriesatz-Zieh- und Schiebemechanismus 500 befinden sich zum Elektrofahrzeug passende Batteriesätze. Der Hub/Schub-Motor 530 springt an und verfahrt den Batteriesatz-Zieh- und Schiebemechanismus 500 in Richtung des Elektrofahrzeugs. Die Entnahmevorrichtung 540 schiebt einen herausgenommenen Batteriesatz zu einer Batteriesatz-Aufnahmestelle innerhalb des Elektrofahrzeugs und abschließend wird die Verbindung zum Batteriesatz getrennt. Der Batteriesatz-Zieh- und Schiebemechanismus 500 und der Anschlussmechanismus 400 kehren in ihre ursprüngliche Position zurück und beenden somit den gesamten Vorgang.
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Die Auswechselvorrichtung fährt zu einer Stelle des mehrstöckigen Batteriegestells, welche mit einem aufgeladenen Batteriesatz belegt ist und der Aufzugmotor 220 verfährt das Hebegestell 210 auf eine Höhe, welche mit einem aufgeladenen Batteriesatz belegt ist. Nachdem der Anschlussmechanismus 400 an das mehrstöckige Gestell angekoppelt ist, entnimmt der Batteriesatz-Zieh- und Schiebemechanismus 500 eine aufgeladene Batterie aus dem mehrstöckigen Gestell und der Anschlussmechanismus 400 wird wieder eingefahren. Das Hebegestell 210 senkt sich wieder zu Boden und wartet auf das nächste Elektrofahrzeug.
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Die Batteriesatz-Auswechselvorrichtung kann Batteriesätze schnell und einfach austauschen, sodass die Elektrofahrzeuge nicht auf die Aufladung des Batteriesatzes warten müssen. Dadurch wird Zeit eingespart und die Arbeitsleistung erhöht.
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Der Bewegungsmechanismus und der Hebemechanismus 200 des gesamten Apparates werden durch die verfahrbare Basis getragen, sodass eine hohe Rigidität erreicht wird. Die Stabilität der Vorrichtung ist gut und die Verlässlichkeit hoch.
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Bedingt durch die Tatsache, dass das Hebegestell durch Ketten am Hauptmechanismus und der Drehrahmen durch ein Getriebe am Aufzugsrahmen befestigt ist, ergibt sich ein größerer Bewegungsfreiraum unterhalb des Aufzugsrahmens, sodass der Aufzugsrahmen zu sehr niedrigen Positionen herabgefahren werden kann, welches den Fällen zugutekommt, in denen die Batteriesätze innerhalb des Elektrofahrzeuges relativ niedrig eingebaut sind.
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Durch die Abstimmung der Laufschienen und der Zuführungsbahn zwischen dem Drehrahmen und dem Verbindungsrahmen wird eine verschiebbare Verbindungsstelle geschaffen, in welcher der Drehrahmen den Verbindungsrahmen sowohl abstützt wie auch führt.
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Jeder Verbindungsmechanismus und die Batteriesatz-Auswechselvorrichtung können unabhängig voneinander betrieben werden, sodass die Auswechselvorrichtung an die unterschiedlichsten Situationen angepasst werden kann.
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Die Rotations-Sperrvorrichtung verhindert ein unnötiges Drehen des Drehrahmens, sodass der Drehmechanismus insgesamt stabiler ist.
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Der Drehmechanismus, der Anschlussmechanismus und die Batteriesatz-Auswechselvorrichtung weisen hochgenaue Getriebe, Gestelle und Übertragungsriemen auf, sodass sich eine hohe Positionierungsgenauigkeit ergibt und das Auswechseln verlässlicher funktioniert.
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Trotz der Tatsache, dass die vorliegende Erfindung unter Bezug auf bestimmte Ausführungsformen und einen bevorzugten Ausführungsweg beschrieben wurde, ist es für den Fachmann offensichtlich, dass unterschiedlichste Änderungen und Variationen durchgeführt werden können, ohne den Anwendungsbereich der Erfindung zu verlassen, welcher durch die angefügten Ansprüche definiert wird.
