DE202022102554U1

DE202022102554U1 - Ladestecker, Ladebuchse und Ladestecker-Ladebuchsen-System zum Laden eines Elektrofahrzeugs

Info

Publication number: DE202022102554U1
Application number: DE202022102554.1U
Authority: DE
Original assignee: Paxos Consulting and Engineering GmbH and Co KG
Current assignee: Paxos Consulting and Engineering GmbH and Co KG
Priority date: 2022-05-10
Filing date: 2022-05-10
Publication date: 2022-10-14
Anticipated expiration: 2032-05-11
Also published as: WO2023217402A1

Abstract

Ladestecker (10) zum Übertragen eines Ladestroms an ein elektrisch betreibbares Fahrzeug, aufweisend mehrere Kontaktelemente zur elektrischen Kontaktierung des Ladesteckers (10) mit Kontaktelementen einer Ladebuchse (20), wobei der Ladestecker (10) einen kegel- oder zylinderförmigen Steckkörper (11) aufweist, auf dessen Außenseite in axialer Richtung beabstandet mehrere ringförmig um den Steckkörper (11) verlaufende Kontaktbahnen (30;31;32;33;34) ausgebildet sind, welche durch Kontaktringe gebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ladestecker, aufweisend mehrere Kontaktelemente zur elektrischen Kontaktierung des Ladesteckers mit Kontaktelementen einer Ladebuchse und eine zugehörige Ladebuchse. Die Erfindung betrifft ferner ein Ladestecker-Ladebuchsen-System, aufweisend einen solchen Ladestecker und eine Ladebuchse, in welche der Ladestecker zur Herstellung eines elektrischen Kontakts zwischen Kontaktelementen des Ladesteckers und Kontaktelementen der Ladebuchse formschlüssig einbringbar ist.
Aus dem Stand der Technik sind Ladestecker für elektrisch antreibbare Fahrzeuge bekannt, die zur Verbindung mit einer korrespondierenden Buchse ausgeformt sind. Derartige Stecker-Buchse-Verbindungen können auf verschiedene Arten ausgebildet sein und umfassen beispielsweise auch Einführhilfen, Verriegelungsmechanismen oder sonstige Zusatzmerkmale. Der elektrische Kontakt zwischen den Leitungen eines Ladekabels und einer entsprechenden Ladekomponente eines Fahrzeugs wird typischerweise durch mehrere Kontaktelemente hergestellt, wobei angestrebt wird, deren Form und Anordnung zu normieren. Auf diese Weise soll ein standardisiertes Steckersystem bereitgestellt werden. Es ist daher weit verbreitet, für einen elektrischen Kontakt zwischen Stecker und Buchse als Kontaktelemente mehrere Kontaktstifte zu verwenden, die in korrespondierende Kontaktöffnungen eingeschoben werden. Die Kontaktelemente sind dabei grundsätzlich so zu dimensionieren, dass sie hinreichend große Ladeströme übertragen können. Die Kontaktfläche eines Kontaktelementes muss dabei umso größer ausgebildet werden, je größer der zu übertragende Ladestrom ist.
Um ein schnelles Laden eines Elektrofahrzeugs über eine solche Stecker-Buchse-Verbindung zu realisieren, müssen hohe Ladeströme eingesetzt werden. Eine Skalierung der Abmessungen der Kontaktstifte und Kontaktbuchsen kann jedoch nicht unbegrenzt vorgenommen werden, da dies zu einer nachteiligen Bauraumvergrößerung und somit zu größeren Steckern führt. Diese sind nicht nur schwer und unhandlich, sondern erhöhen auch die Kosten. Ferner sind auch die Grenzwerte für Steckkräfte zu berücksichtigen. Laut derzeitigem Standard müssen diese unter 100 N groß sein. Wird der klassische Stecker vergrößert, oder werden mehr Stecker/Buchsenpaare verwendet, wird der Grenzwert überschritten. Es besteht daher der Bedarf, mit möglichst klein dimensionierten Stecker-Buchse-Systemen möglichst hohe Ladeströme zu übertragen.
Beim Laden eines Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs heizt sich ferner der als Leistungssteckkontakt ausgebildete Ladestecker auf. Das Aufheizen des Steckkontaktes ist auf eine bestimmte Temperaturerhöhung zu begrenzen. Um eine solche begrenzte Temperaturerhöhung einzuhalten, können jedoch bei den größtenteils genormten Steckverbindergeometrien nur Ladeströme in einer Höhe verwendet werden, die kein schnelles Laden eines Fahrzeugs ermöglichen. Zur Lösung dieses Problems ist beispielsweise aus der DE 10 2015 100 347 A1 ein Elektroanschlusskörper bekannt, der einen Kühlfluidkanal zur Kühlung des Anschlusskörpers mit einem Kühlfluid aufweist.
Da die Akzeptanz und Verbreitung von Elektrofahrzeugen auch von der Ladezeit abhängen, besteht daher der Bedarf nach Ladesystemen, die ohne Erhöhung der genormten Abmessungen ein möglichst schnelles Laden ermöglichen. Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Ladestecker-Ladebuchse-System bereitzustellen, das auch bei geringen Steckerdimensionen erhöhte Ladeströme ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Ladestecker gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 und eine Ladebuchse gemäß dem Anspruch 14 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Ladesteckers und der Ladebuchse ergeben sich aus den Unteransprüchen 2-13 und 15-19. Die Aufgabe wird ferner durch ein zugehöriges Ladestecker-Ladebuchse-System gemäß Anspruch 20 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Ladestecker-Ladebuchse-Systems ergeben sich aus den Unteransprüchen 21-33.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich. Dabei können auch die einzelnen Ausführungsformen und Merkmale, die anhand der Figuren beschrieben werden, beliebig miteinander kombiniert werden, so dass die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist.
Der erfindungsgemäße Ladestecker kann zum Übertragen eines Ladestroms an ein elektrisch betreibbares Fahrzeug eingesetzt werden. Hierbei handelt es sich nicht nur um einspurige oder zweispurige Fahrzeuge mit Rädern wie Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Motorräder, Roller, etc., sondern es kann sich beispielsweise auch um Boote, Flugobjekte oder sonstige Fortbewegungs- und Transportmittel handeln. Einsetzbar ist die Erfindung für alle Einrichtungen, die sich elektrisch fortbewegen und hierfür wenigstens eine Batterie nutzen, die wiederholt geladen werden muss. Für die vorliegende Erfindung wird die Gesamtheit dieser Fortbewegungs- und Transportmittel als elektrisch betreibbare Fahrzeuge oder Elektrofahrzeuge, weiter vereinfacht als Fahrzeuge bezeichnet. Dabei kann der Ladestecker an dem Fahrzeug ausgebildet sein oder an einem Ladekabel, mit welchem das Fahrzeug beim Laden verbunden wird. Dann befindet sich am Fahrzeug eine Ladebuchse und der Ladestecker an einem Ladekabel an einer Ladestation. Der Ladestecker weist mehrere Kontaktelemente zur elektrischen Kontaktierung des Ladesteckers mit Kontaktelementen einer passenden Ladebuchse auf. Je nach Ausführung des Ladekabels und des Fahrzeugs ist diese Ladebuchse ebenfalls am Fahrzeug oder am Ladekabel ausgebildet.
Das Ladekabel weist somit allgemein ein Kabelanschlussteil zum Anschluss des Ladekabels an den Energiespeicher eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs auf. Dieser Anschluss erfolgt indirekt über mehrere Komponenten wie z.B. DC/DC-Wandler, Steuergeräte, etc. Insbesondere ist dieses Kabelanschlussteil als Ladestecker bzw. Ladebuchse ausgebildet und kann temporär mit einem korrespondierenden Anschlusskörper an einem Elektrofahrzeug verbunden werden. Hierzu werden das Kabelanschlussteil (z.B. Ladestecker) und der Anschlusskörper (z.B. Ladebuchse) des Elektrofahrzeugs typischerweise ineinandergesteckt, wodurch eine Verbindung zwischen den elektrischen Leitungen des Ladekabels und den entsprechenden elektrischen Anschlüssen des Fahrzeugs herstellbar ist. Innerhalb des Fahrzeugs führen dann Leitungen zum Energiespeicher des Fahrzeugs, d.h. zu einem oder mehreren Akkumulatoren und gegebenenfalls einem zugehörigen Batteriemanagementsystem (BMS). Diese Verbindung wird zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung allgemein als Verbindungsleitung bezeichnet.
Erfindungsgemäß weist ein Ladestecker einen kegel- oder zylinderförmigen Steckkörper auf, an dessen Außenseite in axialer Richtung verteilt mehrere ringförmig um den Steckkörper verlaufende Kontaktbahnen ausgebildet sind. Die Kontaktbahnen werden dabei durch Kontaktringe gebildet, welche den Steckkörper koaxial umgeben. Über diese Kontaktringe können entsprechend ausgeformte Kontakte einer Ladebuchse elektrisch kontaktiert werden. Der Steckkörper des Ladesteckers kann dabei kegelförmig oder zylinderförmig ausgeformt sein. Eine hohle Aufnahme an einer zugehörigen Ladebuchse ist an diese Form des Steckkörpers angepasst, damit der Steckkörper möglichst passgenau in diese Aufnahme eingeschoben werden kann. Die Ladebuchse weist ihrerseits innere Kontaktelemente oder Kontaktflächen auf, die bei einer Verbindung von Ladestecker und Ladebuchse die Kontaktringe des Steckkörpers elektrisch kontaktieren. Die Kontakte der Ladebuchse sind ebenfalls als Kontaktringe ausgebildet, wobei ein solcher Kontaktring insbesondere aus mehreren Ringsegmenten gebildet sein kann. Alternativ kann es sich beispielsweise um einen Ring mit einem Schlitz handeln, der ein wiederholtes radiales Zusammenziehen des Rings ermöglicht.
Die Erfindung wendet sich somit ab von herkömmlichen Ladesteckern mit mehreren Kontaktstiften, die in Öffnungen einer Ladebuchse eingeschoben werden, um dort Kontakte der Ladebuchse zu kontaktieren. Die Erfindung verwendet stattdessen großflächige Kontaktringe an der Außenseite eines Steckkörpers. Auf diese Weise lässt sich die Kontaktfläche zwischen Kontaktelementen von Stecker und Buchse bei gleicher Steckergröße vorteilhaft erhöhen. Somit erfolgt die Stromübertragung im Gegensatz zu klassischen Ladeverbindungen nicht über Pins, sondern über eine konzentrische Ringstruktur. Der Abgriff und damit die Ausnutzung wird gesteigert und die Kontaktfläche stark erhöht.
Dies hat auch den Vorteil eines vollflächigen Anschleifens der Kontaktflächen. Das Anschleifen der Kontakte findet bei klassischen Ladesteckern mit Pins linear beim Ein- und Ausstecken statt. Dabei kommt es langfristig zur Erosion des leitfähigen Materials an den Kontaktstellen, so dass die Ladeleistung sinkt. Der erfindungsgemäße Ladestecker kann nahezu kraftlos eingeführt und gleichmäßig angeschliffen werden, so dass eine deutlich höhere Lebensdauer erzielt werden kann als bei einem herkömmlichen Ladestecker. Ferner ist optional ein automatischer Einzug des Ladesteckers vorgesehen. In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Ladestecker zunächst mit der Ladebuchse verbunden wird, so dass eine Kommunikation hergestellt werden kann. Anschließend wird der Ladestecker bis zu einer Endposition in die Ladebuchse eingeschoben. Der Widerstand für diesen Einschiebevorgang lässt sich einstellen, was beispielsweise über Federn erfolgen kann. Vorzugsweise wird dieser Widerstand >0 sein. Es kann vorgesehen sein, das der Ladestecker zunächst immer manuell verbunden werden muss, so dass die Kommunikation zwischen Ladesäule und Fahrzeug hergestellt ist. Es kann dann ein automatisches oder manuelles einziehen bzw. schieben erfolgen.
Ferner kann ein erhöhter Kontaktdruck erzeugt werden. Der höhere Kontaktdruck wird in der Buchse beispielsweise über einen Spannmechanismus realisiert, mit welchem die Kontaktringe der Ladebuchse beim Laden temporär gegen die Kontaktringe des Ladesteckers gedrückt werden. Als Spannmechanismus kann beispielsweise ein Kniehebelspanner verwendet werden. Doch auch andere Arten von Spannmechanismen können eingesetzt werden. Durch das nachträgliche Spannen werden Toleranzen ausgeglichen und eine große Kontaktfläche sichergestellt.
Darüber hinaus hat die Anordnung von Kontaktringen an der Außenseite eines Steckkörpers den Vorteil, dass das Innere des Steckkörpers für andere Funktionen genutzt werden kann. Der Steckkörper des Ladesteckers kann hierfür beispielsweise einen axial durch den Steckkörper verlaufenden Hohlraum aufweisen, der zur Unterbringung weiterer Funktionskomponenten genutzt werden kann. In einer Ausführungsform der Erfindung verläuft in einem solchen Hohlraum insbesondere eine Kühleinrichtung zur Durchführung eines Kühlmediums durch den Ladestecker. Diese Kühleinrichtung kann neben Vor- und Rücklaufanschlüssen für das Kühlmedium auch ein oder mehrere Ventilmittel umfassen.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass Ventilmittel im Ladestecker lediglich der Rückführung des Kühlmediums aus einem Zulauf zurück in das Ladekabel dienen. Auf diese Weise kann die Erwärmung des Ladesteckers auch beim schnellen Laden in vorgeschriebenen Grenzen gehalten werden. Dabei verläuft beispielsweise innerhalb des Ladekabels wenigstens ein Kühlkanal, in dem ein Kühlmedium zum Kabelanschlussteil geführt ist. Dieser Kühlkanal dient somit als Vorlauf für ein Kühlmedium, wobei der Kühlkanal beispielsweise durch einen Schlauch innerhalb des Ladekabels gebildet ist. Im Kabelanschlussteil sind ferner Ventilmittel zur Rückführung des Kühlmediums in das Ladekabel vorgesehen, wobei das Ladekabel in einer Ausführungsform so ausgeführt ist, dass das Kühlmedium nach dieser Rückführung die Einzelleitungen wenigstens teilweise umströmt. Das Kühlmittel kann jedoch auch in einen oder mehrere Rücklaufkanäle innerhalb des Ladekabels geführt werden, wobei das Kühlmittel die Einzelleitungen nicht umströmt. Bei beiden Varianten wird ein geschlossener Kreislauf für das Kühlmedium hergestellt, welches so das Ladekabel und das Kabelanschlussteil kühlen kann. Durch die Kühlung wird beim Ladevorgang die Temperaturerhöhung von Ladekabel und Kabelanschlussteil begrenzt, was vorteilhaft dazu führt, dass ohne eine Vergrößerung von genormten Abmessungen eines Kabelanschlussteils hohe Ladeströme und damit ein schnelles Laden möglich sind.
Unter Ventilmitteln im Sinne der Erfindung können jegliche Mittel gefasst werden, die zum Leiten eines Kühlmittels genutzt werden, d.h. Ventile, Rohre, Kanäle, Sperren, Ableitungen, Umlenkungen, Öffnungen, etc. Hierzu können insbesondere Bauteile innerhalb der Ventilmittel bewegt werden, um einen gewünschten Kühlmittelstrom zu erreichen, freizugeben, zu sperren und insbesondere zu verändern. Unter dem Begriff „ausgestaltet für“ einen bestimmten Kühlmittelverlauf kann dann auch verstanden werden, dass Ventilmittel entsprechend ansteuerbar sind. Ventilmittel können aber auch entsprechend ausgestaltet sein, um permanent einen gewünschten Kühlmittelstrom zu erreichen und beizubehalten, ohne dass dieser verändert wird.
In einer Ausführungsform der Erfindung sind wenigstens zwei der Einzelleitungen innerhalb des Ladekabels miteinander verdrillt bzw. um eine Seele miteinander verseilt. Durch die Verdrillung der Einzelleitungen wird das Ladekabel biegsamer. Das Kühlmedium umspült dann die verdrillten Einzelleitungen, falls eine solche Umströmung vorgesehen ist. Eine niedrige Temperatur des äußeren Kabelmantels kann optional durch eine hitzereflektierende Oberfläche auf der Innenseite des Kabels unterstützt werden.
Dabei ist das Kühlmedium vorzugsweise nichtleitend und/oder innerhalb des Ladekabels isoliert gegenüber Stromfluss. Als Kühlmedium können jegliche Fluide eingesetzt werden, die für eine gewünschte Kühlung geeignet sind. Bei geeigneter Wahl des Kühlmediums kann dieses auch als Schmiermittel zwischen den Einzelleitungen diesen, wodurch die Einzelleitungen leichter aneinander abgleiten, wenn das Ladekabel gebogen wird. Als Kühlmedium können beispielsweise Luft, Wasser oder ein Öl verwendet werden. Ferner kann ein Hydrofluorether, Glykol oder ein Glykol-Wasser-Gemisch eingesetzt werden.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Kühlmedium bei Bedarf auch dem Elektrofahrzeug bereitgestellt werden kann, um innerhalb des Fahrzeugs Leitungen und insbesondere einen Energiespeicher zu kühlen. Die Ventilmittel im Ladestecker sind dann so ausgebildet, dass sie ein Kühlmedium wahlweise zurück in das Ladekabel oder zu einem Fahrzeug führen können bzw. nach der Kühlung des Fahrzeugs wird es ebenfalls zurück in das Ladekabel geführt. Zu einem Fahrzeug wird das Kühlmittel dann durch den Ladestecker und die Ladebuchse eines Fahrzeugs hindurchgeführt. Nach Durchlauf der entsprechenden Komponenten des Fahrzeugs wird das erwärmte Kühlmedium zurück durch die Ladebuchse des Fahrzeugs in den Ladestecker und das Ladekabel geführt. Hierzu sind wenigstens im Kabelanschlussteil entsprechende Ventilmittel vorgesehen, aber auch der Anschlusskörper des Fahrzeugs kann hierfür Ventilmittel aufweisen.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Kabelanschlussteil temporär an einen Anschlusskörper eines Fahrzeugs anschließbar ist, wobei dieser Anschlusskörper zur Übertragung eines Ladestroms über eine elektrische Verbindungsleitung mit dem Energiespeicher des Fahrzeugs verbunden ist. Bei dieser Ausführungsform wird das gesamte System aus Ladekabel, Kabelanschlussteil, Anschlusskörper des Fahrzeugs und Verbindungsleitung zum Energiespeicher des Fahrzeugs als Ladekabelsystem im Sinne der Erfindung angesehen. Die Ventilmittel des Kabelanschlussteils sind dann so ausgebildet, dass sie das Kühlmedium wahlweise zurück in das Ladekabel oder durch das Kabelanschlussteil in den Anschlusskörper des Fahrzeugs leiten können. Der Anschlusskörper ist dann entsprechend so ausgebildet, dass er erwärmtes Kühlmedium von dem Fahrzeug durch den Anschlusskörper zurück in das Kabelanschlussteil führen kann.
In einer zugehörigen Ladestation wird das Kühlmedium vorzugsweise im Kreislauf geführt und nach Durchlaufen des Ladekabels selbst wieder gekühlt. Hierzu kann an der Ladestation ein Kühlaggregat eingesetzt werden. Möglich wäre auch die Kühlung über einen Wärmetauscher z.B. mit der Außenluft. Nach dem Laden eines Fahrzeugs kann das Ladekabel optional mit Druckluft gespült werden, um Kühlmedium aus dem Ladekabel zu entfernen. Alternativ verbleibt Kühlmedium stets im Ladekabel.
Der Fluidkreislauf gebildet im System Ladekabel/Ladestecker/Ladebuchse/ Fahrzeug kann auch unabhängig vom Kühlkreislauf der Ladestation ausgebildet sein. In dieser Ausführungsform liegen dann zwei Kühlkreisläufe vor. Der Kühlkreislauf vom Kühlaggregat und das Ladekabel sind dann beispielsweise an einen Wärmetauscher angeschlossen. Darin fließen dann zwei Kühlflüssigkeiten räumlich getrennt aneinander vorbei. Die aufgenommene Wärme des Kühlmittels wird so vom Ladekabel auf den Kühlaggregatkreislauf übertragen. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass im Ladekabel und innerhalb der Ladestation unterschiedliche Kältemittel verwendet werden können. Die Kältemittel können geeignet für die jeweilige Anwendung gewählt werden. Ein nicht leitendes Kühlmedium mit hoher Produktqualität kann dann für das Ladekabel verwendet werden, während der Kühlaggregatkreislauf einer Ladestation einfaches Wasser-Glykolgemisch oder CO₂ verwenden kann.
Die Anordnung von Kontaktbahnen an der Außenseite des Steckkörpers eines Ladesteckers hat somit verschiedene Vorteile. Insbesondere kommt hinzu, dass an einen umlaufenden Kontaktring mehrere Kabel angeschlossen werden können. Hierbei kann es sich beispielsweise um ein großes Kabel oder auch eine Vielzahl von kleineren Kabeln handeln. Mehrere kleinere Kabel haben den Vorteil, dass das angeschlossene Ladekabel flexibler wird. Bei herkömmlichen Steckern wird das Ladekabel auf die Pin-Kontakte gecrimpt. Hier kann also nur ein (großes) Kabel angeschlossen werden. Die Erfindung ermöglicht es ferner, einen Kontakt einfach zu vergrößern und weitere Kabel anzuschließen, wenn ein Ladestecker noch mehr Leistung übertragen soll.
Neben der möglichen Vergrößerung der Kontaktfläche für elektrische Kontakte ermöglicht die Erfindung auch die vorteilhafte Unterbringung von Komponenten eines Kühlsystems innerhalb des Ladesteckers. Die Frontseite des Ladesteckers kann dabei gegebenenfalls vollständig für die Funktion des Kühlsystems genutzt werden. An der Frontseite können aber auch einzelne Kontakte für Steuerleitungen mit niedriger Spannung vorgesehen werden, da diese keine vergrößerten Kontaktflächen benötigen. Auf der äußeren Mantelseite des Steckkörpers liegen dann nur die Stromkontakte für die Ladung. Hier wäre zusätzlich der PE-Kontakt zu nennen. Der PE leitet Strom nur im Fehlerfall und ist somit abhängig von der Größe der DC + und DC - Kontakte.
Um die äußeren Kontaktbahnen am Ladestecker gegen Beschädigung und/oder Verschmutzung zu schützen und um Personen vor einer Berührung mit den Kontakten zu schützen, ist vorzugsweise eine Schutzvorrichtung vorgesehen. Beispielsweise weist der Ladestecker eine Abdeckung auf, welche die Kontaktbahnen von außen abdeckt, wobei die Abdeckung gegenüber dem Steckkörper axial beweglich ausgeführt ist. Die Abdeckung kann so eine Stellung „offen“ einnehmen, in welcher die Kontaktbahnen freiliegen, und eine Stellung „geschlossen“, in welcher die Kontaktbahnen schützend abgedeckt sind. In einer einfachen Form der Erfindung kann die Abdeckung vor dem Einstecken des Ladesteckers in eine Ladebuchse abgenommen und nach dem Laden wieder an dem Ladestecker angebracht werden. Es handelt sich somit um eine Art Deckel oder Schutzhülse. Dies ist jedoch mit erheblichem manuellen Aufwand verbunden und es besteht das Risiko des Verlusts der Abdeckung. Ferner kann eine solche Lösung unter Sicherheitsaspekten unzulässig sein.
Als vorteilhafter haben sich daher Ausführungsformen erwiesen, bei denen eine Abdeckung axial verschieblich an dem Ladestecker angebracht ist, so dass die Abdeckung für einen Laden aus dem Bereich der Kontaktbahnen geschoben werden kann. Insbesondere wird sie teleskopisch in ein Gehäuse geschoben. Nach dem Laden wird die Abdeckung zurück in ihre Schutzlage geschoben. Beispielsweise kann bei einem Ladestecker mit zylinderförmigem Steckkörper eine Abdeckung durch ein hohlzylindrisches Schutzrohr (Hülse) gebildet werden, das im Bereich der Kontaktbahnen koaxial beweglich auf dem Steckkörper angebracht ist.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist ein solches Schutzrohr auf seiner Innenseite ein Innengewinde auf, welches in Eingriff mit einem Außengewinde am Steckkörper steht. Über die so gebildete Gewindeverbindung ist das Schutzrohr gegenüber dem Steckkörper drehbar angebracht. Das Schutzrohr kann manuell oder motorisch angetrieben auf dem Außengewinde des Steckkörpers gedreht und so axial bewegt werden. Ein motorischer Antrieb ist am Ladestecker selbst oder an einer zugehörigen Ladebuchse vorgesehen.
In einer Version der Erfindung ist vorgesehen, dass die Abdeckung/das Schutzrohr mit federgelagerten Halteelementen (z.B. Kugeln) arretiert wird. Bei dem Ladestecker ist z.B. ein Körper mit Federn vorgespannt, so dass eine Position 1 realisiert wird. Der Motor auf Seite der Buchse schiebt dann ein Bauteil in den Ladestecker, gegen das mit Federn vorgespannte Bauteil, in die Position 2. In Position 1 sind die Kugeln auf der Außenfläche z.B. nach außen gedrückt, in Position 2 sind die Kugeln frei beweglich, haben also keinen Widerstand mehr z.B. gegen die Hülse.
Über das gleiche Prinzip kann auch der Ladestecker in der Ladebuchse festgelegt werden. Ein Bauteil im Ladestecker, welches von der Ladebuchse aus in den Ladestecker einfährt (z.B. über einen Motor angetrieben) sorgt dafür, dass diese Kugeln zwischen Ladestecker und Abdeckung nicht mehr durch Federn radial nach außen gedrückt werden. Hierdurch greifen sie nicht mehr formschlüssig in Aufnahmen innerhalb der Abdeckung ein, so dass die Abdeckung nicht mehr arretiert ist und bewegt werden kann. Zeitgleich kann vorgesehen sein, dass Kugeln im Inneren des Ladesteckers in eine Nut gedrückt werden, so dass der Ladestecker mit der Ladebuchse arretiert ist. Durch diese Arretierung z.B. an einer Transporteinrichtung kann der Ladestecker in die Ladebuchse gezogen werden. Alternativ dient die Arretierung der abschließenden Festlegung des Ladesteckers innerhalb der Ladebuchse. Sobald der Ladestecker wieder von der Ladebuchse getrennt wird, schiebt sich die Abdeckung wieder nach vorne und verdeckt die Kontaktringe. In dieser Stellung wird die Abdeckung wieder arretiert und ein Nutzer kann den Ladestecker wieder aus der Ladebuchse herausziehen.
Von der Erfindung umfasst ist auch ein Ladestecker-Ladebuchsen-System, aufweisend einen Ladestecker gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und eine Ladebuchse, in welche der Ladestecker zur Herstellung eines elektrischen Kontakts zwischen Kontaktelementen des Ladesteckers und Kontaktelementen der Ladebuchse formschlüssig einbringbar ist. Dabei weist die Ladebuchse einen hohlen Buchsenkörper auf, in den der Steckkörper des Ladesteckers einbringbar ist, wobei auf der Innenseite des Buchsenkörpers ringförmig in dem Buchsenkörper verlaufende Kontaktflächen ausgebildet sind. Bei diesen Kontaktflächen kann es sich ebenfalls um Kontaktringe handeln. In einer Ausführungsform der Erfindung werden Spannkontakte verwendet, die z.B. über einen Stellmotor Kontaktflächen in Kontakt mit den äußeren Kontaktbahnen des Ladesteckers bringen. Die Kontaktbahnen des Ladesteckers werden dann von den Kontaktbahnen der Ladebuchse umspannt, wobei je eine Kontaktbahn der Ladebuchse eine Kontaktbahn des Ladesteckers umspannt.
Um die beschriebene Abdeckung des Ladesteckers zu bewegen, welche die Kontaktbahnen des Ladesteckers von außen abdeckt, umfasst das Ladestecker-Ladebuchsen-System in einer Ausführungsform Antriebsmittel zur Bewegung dieser Abdeckung. Beispielsweise weist die Ladebuchse einen Stellmotor zur Bewegung einer Abdeckung des Ladesteckers auf. In einer Ausführungsform der Erfindung wird ein solcher Stellmotor nicht nur zur Bewegung der Abdeckung verwendet, sondern auch zum Ziehen des Ladesteckers in die Ladebuchse. Die Antriebsmittel greifen dann so an der Abdeckung an, dass sie bei einer Bewegung der Abdeckung von der Ladebuchse weg den Ladestecker in die Ladebuchse ziehen. Bei dieser Bewegung der Abdeckung werden nicht nur die Kontaktbahnen des Steckkörpers freigegeben, sondern auch gleichsam der Ladestecker in die Ladebuchse gezogen. Dies hat den Vorteil, dass Ladestecker und Ladebuchse sicher miteinander verbunden werden.
Erfindungsgemäß ist insbesondere vorgesehen, dass sich an der Stirnseite des Ladesteckers wenigstens ein ringförmiger Steuerkontakt befindet, insbesondere mehrere konzentrisch angeordnete Steuerkontakte. Diese Steuerkontakte benötigen keinen hohen Anpressdruck und müssen nicht stark gekühlt werden, so dass sie nicht axial beabstandet auf der Mantelfläche des Ladesteckers angeordnet werden müssen wie andere Kontakte zur Übertragung eines Ladestroms. Denn in einer Ausführungsform erstreckt sich im Inneren des Ladesteckers eine Kühleinrichtung mit optionalen Ventilmitteln axial, wobei die Kühleinrichtung eine Wärmeübertragungshülse aufweist, welche die Kühleinrichtung koaxial umgibt. Die Ventilmittel können auf verschiedene Arten ausgebildet sein und ermöglichen die jeweils gewünschte Führung eines Kühlmittels. Dadurch bildet sich zwischen der Wärmeübertragungshülse und den Ventilmitteln ein umlaufender Kühlkanal, welcher von Kühlmittel bzw. einem Kühlmedium durchströmbar ist. Die Wärmeübertragungshülse ist beispielsweise aus einer Keramik ausgeführt. Die Kontaktringe umschließen die Wärmeübertragungshülse koaxial, wobei zwischen den Kontaktringen und der Wärmeübertragungshülse ein thermisch leitender Kontakt besteht, insbesondere eine Presspassung. Auf diese Weise kann Wärme effektiv von den Kontaktringen auf das Kühlmittel übertragen und abgeführt werden.
Die Ventilmittel sind dann ausgestaltet, ein Kühlmittel aus einem Kühlmittelzulauf in den Kühlkanal zu leiten, der sich zwischen der Wärmeübertragungshülse und den Ventilmitteln bildet. Vorzugsweise erfolgt dabei eine Richtungsumkehr um 180°, so dass das Kühlmittel wieder zurück zum Ladekabel geführt wird.
Darüber hinaus sind die Ventilmittel der Kühleinrichtung optional ausgestaltet und ansteuerbar, ein Kühlmittel aus einem Kühlmittelzulauf in einen Anschlussadapter zum Anschluss des Ladesteckers an einen Kühlkreislauf eines Fahrzeugs zu führen. Auf diese Weise kann bei Bedarf Kühlmittel einem Fahrzeug zugeführt werden.
Der Anschlussadapter weist hierzu beispielsweise einen zentralen Vorlauf und einen den Vorlauf koaxial umgebenden Rücklauf auf. So können die Kanäle sehr raumsparend angeordnet werden. Vorzugsweise erstreckt sich die Längsachse des Vorlaufs dabei parallel zur Längsachse des Kühlmittelzulaufs, insbesondere sind die beiden Längsachsen identisch. So kann Kühlmittel gut aus dem Kühlmittelzulauf in den Vorlauf im Anschlussadapter strömen, ohne dass Biegungen oder Kanten umströmt werden müssen. Optional können jedoch kleinere Umlenkungen gegeben sein. Die Längsachse des Rücklaufs erstreckt sich dabei parallel zur Längsachse des Kühlkanals in der Wärmeübertragungshülse, insbesondere sind die beiden Längsachsen identisch. So kann Kühlmittel auch gut aus dem Rücklauf im Anschlussadapter in den Kühlkanal in der Wärmeübertragungshülse strömen. Optional können auch hier kleinere Umlenkungen gegeben sein.
Die Ventilmittel der Kühleinrichtung sind dann vorzugsweise ausgestaltet, den Rücklauf des Anschlussadapters in Fluidverbindung mit dem Kühlkanal innerhalb der Wärmeübertragungshülse zu bringen. Kühlmittel strömt dann stets durch den Kühlkanal zurück zum Ladekabel, auch wenn es zuvor dem Fahrzeug zugeführt wurde. Die Ventilmittel sind ferner ausgestaltet, das Kühlmittel durch den Kühlkanal zurück in einen Kühlmittelrücklauf zu führen, welcher Kühlmittel aus dem Ladestecker abführt.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst der Ladestecker einen Dichteinsatz, um das Innere des Ladekabels gegenüber der Kühleinrichtung im Ladestecker abzudichten. Beispielsweise ist hierfür eine Dichtplatte mit einer zentralen Öffnung vorgesehen, welche in Fluidverbindung mit einem Kühlmittelzulauf und einem Kühlmittelrücklauf steht, wobei die Dichtplatte dichtend in den Querschnitt des Kabelmantels eines Ladekabels eingebracht ist, welches an den Ladestecker angeschlossen ist. Die Dichtplatte trennt so das Ladekabel von dem Inneren des Ladesteckers, wobei Kühlströme durch eine Öffnung in der Dichtplatte geführt sind, ohne dass elektrische Kontakte mit Kühlmittel in Kontakt kommen. Beispielsweise umgibt der Kühlmittelrücklauf den Kühlmittelzulauf dabei koaxial. Die zentrale Öffnung der Dichtplatte ist dann von mehreren Leitungsdurchführungen umgeben, durch welche elektrische Anschlussleitungen des Ladesteckers dichtend in das Ladekabel hindurchgeführt sind. Darüber hinaus können auf einer oder beiden Seiten der Dichtplatte weitere Dichträume vorgesehen sein, welche mit einem Dichtmittel gefüllt sind. Anschlussleitungen können dichtend durch diesen Dichtraum geführt sein.
Von der Erfindung umfasst ist auch eine Ladebuchse zur Aufnahme eines Ladesteckers, in welche der Ladestecker zur Herstellung eines elektrischen Kontakts zwischen Kontaktelementen des Ladesteckers und Kontaktelementen der Ladebuchse formschlüssig einbringbar ist. Wenigstens ein Kontaktelement der Ladebuchse wird dabei durch einen Kontaktring gebildet. Wenigstens ein solcher Kontaktring ist durch wenigstens zwei Ringsegmente gebildet, die in einem Kreis zu einem Kontaktring angeordnet sind. Beispielsweise bilden zwei oder mehr Segmente einen Kontaktring, insbesondere drei oder sechs Segmente. Die Segmentringe ermöglichen die Realisation von Spannkontakten, die für den Ladevorgang radial gegen einen Kontaktring eines Ladesteckers pressbar sind.
Insbesondere weist die Ladebuchse daher einen Spannmechanismus auf, der ansteuerbar ist, die Ringsegmente eines Kontaktrings radial nach innen oder außen zu bewegen. Beispielsweise sind die Ringsegmente hierfür wenigstens teilweise von einer Schelle umgeben, welche durch den Spannmechanismus aufgeweitet und zugezogen werden kann. Hierfür können verschiedene motorische Antriebe eingesetzt werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist ferner vorgesehen, dass an der Bodenseite des Buchsenkörpers wenigstens ein ringförmiger Steuerkontakt angeordnet ist, vorzugsweise mehrere konzentrisch angeordnete Steuerkontakte. Diese Steuerkontakte werden mit entsprechenden Steuerkontakten an der Stirnseite eines Ladesteckers kontaktiert, wenn dieser bis zum Boden der Ladebuchse eingeschoben wird. An der Bodenseite des Buchsenkörpers kann auch ein Anschluss zur Verbindung mit einer Kühleinrichtung eines Ladesteckers angeordnet sein, der mit einem Anschlussadapter am Ladestecker verbunden wird. In einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Ladebuchsenboden axial beweglich gelagert und kann nach vorne Richtung Buchsenöffnung bewegt werden, um insbesondere die Kontakte auf der Innenseite der Ladebuchse vor Berührung zu schützen, wenn diese nicht in Betrieb ist. Für ein Einschieben eines Ladesteckers wird dieser Ladebuchsenboden zurückgefahren. Darüber hinaus hat der Buchsenboden optional eine Aufnahme für den Stecker (z.B. ein Rohr mit Nut), auf den der Stecker geschoben wird und arretiert wird, so dass der Stecker nicht mehr abgezogen werden kann. Die Ladebuchse hat einen Motor und ein Bauteil, das in den Stecker einfährt und die Arretierung herstellt und gleichzeitig die Arretierung der Abdeckung auf Steckerseite löst.
Von der Erfindung umfasst ist auch ein Ladestecker-Ladebuchsen-System, aufweisend einen Ladestecker und eine Ladebuchse gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Dabei kann der Ladestecker wenigstens ein Arretiermittel zur axialen Festlegung des Ladesteckers in dem Buchsenkörper der Ladebuchse aufweisen. Beispielsweise weist das Arretiermittel hierfür ein ansteuerbares Arretierelement auf, welches radial verschieblich am Ladestecker gelagert ist und bei radialer Bewegung nach außen in eine Aufnahme der Ladebuchse eingreift.
Auch der maritime Bereich wird zunehmend elektrifiziert, so dass Ladesysteme benötigt werden, die den erhöhten Anforderungen der maritimen Umgebung gerecht werden müssen. Dies betrifft insbesondere salzhaltiges Wasser, aber auch die salzhaltige Luft. Salzwasser führt vor allem bei Materialien, die für eine effiziente Stromübertragung genutzt werden, zu Korrosion. Infolgedessen erhöht sich der elektrische Widerstand, wodurch mehr Wärme beim Ladevorgang entsteht und das System unter Umständen abschaltet, da Temperaturgrenzen überschritten werden. Dies führt wiederum zu mehr Stillstandzeiten und/oder erhöhten Instandhaltungskosten.
Der Ladestecker befindet sich bei Nichtgebrauch in einer Parkposition, in welcher er gegebenenfalls vor Umwelteinflüssen geschützt ist. Die Ladebuchse wird optional durch eine Abdeckung vor Umwelteinflüssen geschützt, wobei es sich beispielsweise um eine Klappe oder Deckel handeln kann. Um den Ladevorgang zu starten, muss der Ladestecker aus der geschützten Umgebung genommen werden, so dass seine Kontaktelemente der Umgebung ausgesetzt sind. Die Schutzklappe oder der Deckel der Ladebuchse muss ebenfalls geöffnet bzw. abgenommen werden, so dass ihre Kontaktelemente ebenfalls ungeschützt vor der Umgebung sind. Auch in diesen Situationen sollten die Kontaktelemente daher auf eine geeignete Weise geschützt sein. Während der Kontaktierung, d.h. während des Ladevorgangs sind beide Systeme nicht vollumfänglich vor der salzhaltigen Umgebung geschützt. Das salzhaltige Wasser, welches z.B. durch starken Wind (Gischt) an die Stromübertragungselemente gelangen kann, ist besonders gefährlich.
Die Erfindung sieht daher optional auch vor, dass ein Ladeelement mit einem Luft-Überdrucksystem versehen ist, welches eine Luftzuführung aufweist, durch welche Luft unter Überdruck durch wenigstens einen zu schützenden Bereich des Ladeelementes geführt wird, wodurch wenigstens ein Druckluftstrom durch den zu schützenden Bereich strömt. Bei dem Ladeelement kann es sich um den Ladestecker oder die Ladebuchse handeln, oder beide Ladeelemente sind mit einem entsprechenden Luft-Überdrucksystem versehen.
Zur Erzeugung des Überdrucks kann eine Pumpe eingesetzt werden und der erzeugte Überdruck wird je nach Ausgestaltung und Anwendungsgebiet des jeweiligen Ladeelementes geeignet gewählt. Jeder Überdruck gegenüber dem jeweils vorliegenden Atmosphärendruck kann ausreichen und dann falls erforderlich auch höher gewählt werden.Vorzugsweise wird gefilterte Luft eingesetzt, bei der es sich ansonsten um Umgebungsluft handeln kann, die gefiltert wird. Die gefilterte Luft wird über eine Luftzuführung in Form eines Rohr- und/oder Schlauchsystems einem zu schützenden Bereich des jeweiligen Ladeelementes zugeführt. Dabei kann der zu schützende Bereiche mehrere Räume und Elemente im Ladeelement umfassen, die durch die Druckluft frei von Umwelteinflüssen gehalten werden sollen.
Beispielsweise liegt die Kontaktfläche wenigstens eines elektrischen Kontaktelementes des Ladeelementes in dem zu schützenden Bereich und wird wenigstens teilweise von dem Druckluftstrom um- oder überströmt. Bei einem Ladestecker mit äußeren Kontaktringen können ihre Kontaktflächen beispielsweise von außen mit Druckluft überströmt werden, damit diese frei von Umwelteinflüssen wie salzhaltiger Luft oder Wasser gehalten werden. Bis kurz vor dem Steckvorgang sind diese Kontaktflächen vorzugsweise mit einer Abdeckung versehen, die aber für den Steckvorgang entfernt bzw. bewegt wird, um die Kontaktflächen freizugeben. Spätestens jetzt wird das Luft-Überdrucksystem aktiviert, um die nun frei liegenden Kontaktflächen zu schützen. In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Luft-Überdrucksystem bereits aktiviert wird, wenn die Kontaktflächen noch von der Abdeckung geschützt sind. Dann strömt die Druckluft durch einen Spalt zwischen Kontaktflächen und Abdeckung und kann geeignet austreten. So wird im System stehende Luft zunächst herausgeblasen, bevor die mechanische Abdeckung entfernt wird. Wird eine Abdeckung grundsätzlich als nicht ausreichend angesehen, kann das Luft-Überdrucksystem bei Bedarf auch aktiviert sein, wenn sich der Ladestecker in der Parkposition befindet, d.h. gar kein Ladevorgang ansteht.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die stirnseitige Öffnung des Ladeelementes in dem zu schützenden Bereich liegt und von dem Druckluftstrom durchströmt wird. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn ein Ladestecker mit äußeren Kontaktringen eine Abdeckung in Form eines Schutzrohrs hat, welches die Kontaktringe koaxial umgibt. Die Abdeckung kann für einen Ladevorgang axial zurückgeschoben werden, um die Kontaktflächen freizugeben. Solange die Abdeckung aber über den Kontaktflächen liegt, bildet sie eine stirnseitige Öffnung bzw. einen umlaufenden Spalt, durch welche Druckluft austreten kann und verhindert, dass schädliche Stoffe durch die Öffnung eintreten können. Die Druckluft überströmt dann nicht nur die Kontaktflächen, sondern durchströmt auch eine stirnseitige Öffnung.
Insbesondere ist dies jedoch der Fall, wenn das Ladeelement eine Ladebuchse mit einer hohlen Buchsenaufnahme zur Aufnahme des Ladesteckers ist. Dann weist die Buchsenöffnung eine stirnseitige Öffnung auf und der Druckluftstrom strömt beispielsweise auf der Innenseite der Buchsenaufnahme an den Kontaktflächen vorbei.
Anschließend tritt die Druckluft stirnseitig aus der Öffnung aus. So kann im System stehende Luft aus dem System gedrückt werden und die Kontaktflächen werden frei von Umwelteinflüssen gehalten. Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Druckluftstrom der stirnseitigen Öffnung der Ladebuchse zugeführt wird, ohne zuvor die Buchsenaufnahme zu durchströmen, d.h. ohne die Kontaktflächen zu überströmen. Dies verhindert ebenfalls, dass schädliche Stoffe durch die stirnseitige Öffnung eintreten können. Insbesondere eignet sich diese Betriebsart für den Zustand, in welchem der Ladestecker in die Ladebuchse eingeschoben ist. Die Kontaktflächen der beiden Ladeelemente sind kontaktiert und die Buchsenaufnahme ist mit dem Steckkörper des Ladesteckers ausgefüllt. Der Druckluftstrom verhindert ein Eindringen von schädlichen Stoffen zwischen Buchsenaufnahme und Ladestecker. Ferner ist einer Ausführungsform in der Ladebuchse ein axial beweglicher Boden vorgesehen, welcher im Zustand „nicht laden“ in Richtung Buchsenöffnung bewegt wird. In diesem Zustand sind die Kontaktringe der Ladebuchse durch den Boden gegen Berührung geschützt. Doch auch hier kann ein ergänzender Schutz der Kontakte durch das erfindungsgemäße Luft-Überdrucksystem gegeben sein, um die Kontakte nicht nur vor Berührung, sondern auch vor dem Eindringen von schädlichen Stoffen zu schützen.
An den Luftöffnungen strömt die Luft somit nach draußen. Das kann sowohl direkt an der Öffnung vom Stecker bzw. der Buchse geschehen. In diesem Fall wird durch den Überdruck lediglich verhindert, dass salzhaltige Außenluft oder Gischt in den Stecker / die Buchse eindringen kann. Alternativ können die Öffnungen für die Luft auch hinter den elektrischen Kontaktelementen sein, so dass die Überdruck-Luft, über die Kontaktierungselemente strömt und die im System stehende Luft nach draußen gedrückt wird.
Das Luft-Überdrucksystem kann in zwei Zuständen arbeiten. Zunächst individuell bei jeweils beiden Kontaktierungspartnern (Stecker und Buchse), wodurch insbesondere das Eindringen von salzhaltiger Luft / Gischt verhindert wird. Zum anderen gibt es den Zustand während des Ladevorgangs, wenn Stecker und Buchse kontaktiert sind. Hier kann es sinnvoll sein, dass lediglich das vordere System auf Buchsenseite aktiv ist, um das Eindringen von salzhaltiger Luft / Gischt zu verhindern.
Die Luftzuführung weist vorzugsweise ein Luftverteilsystem auf, welches zur Erzeugung mehrerer Druckluftströme ausgebildet ist. Die erzeugten Druckluftströme werden geeignet gelenkt, um die gewünschte Luftverdrängung innerhalb des Systems zu erreichen. Das Luftverteilsystem wird beispielsweise durch einen Hohlkörper mit mehreren Austrittsöffnungen gebildet, durch welche jeweils ein Druckluftstrom austritt. Dieser Hohlkörper weist einen Luftanschluss zur Einbringung der Druckluft in den Hohlkörper auf und ist beispielsweise ringförmig ausgeführt. Dies ermöglicht eine kreisförmige Verteilung von mehreren Druckluftströmen, die an die Form zylinderförmiger Ladestecker und hohlzylindrischer Buchsenaufnahmen angepasst ist.
Von der Erfindung umfasst ist somit auch ein Ladestecker-Ladebuchsensystem, aufweisend einen Ladestecker gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und/oder eine Ladebuchse gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit einem Luft-Überdrucksystem zum Schutz der Kontakte. Vorzugsweise sind sowohl der Ladestecker als auch die Ladebuchse mit einem Luft-Überdrucksystem versehen. Zur Steuerung des Systems weist es eine Steuereinheit auf, wobei Ladestecker und Ladebuchse jeweils eine eigene Steuereinheit aufweisen können, die gemeinsam eine Steuereinheit im Sinne der Erfindung bilden. Die Steuereinheit ist dazu ausgebildet, das Luft-Überdrucksystem wenigstens eines Ladeelementes zu aktivieren, bevor das Ladelement für einen elektrischen Ladevorgang mit einem anderen Ladeelement verbunden wird. Dies kann direkt vor einem Ladevorgang erfolgen oder das Luft-Überdrucksystem wird dauerhaft auch in der Parkposition aktiviert gehalten. Die Steuereinheit erhält von einer Ladestation oder einem Fahrzeug ein entsprechendes Signal. Folglich wird der Überdruck so lange aufrechterhalten, bis sich beide Ladeelemente wieder in einer geschützten Umgebung befinden. Falls es keine geschützte Umgebung gibt, kann der Überdruck auch dauerhaft aufrechterhalten werden, um das System zu schützen.
Die Steuereinheit ist optional auch dazu ausgebildet, das Luft-Überdrucksystem wenigstens eines Ladeelementes während des elektrischen Ladevorgangs aktiviert zu halten. Insbesondere kann dabei vorgesehen, dass sich der Überdruck des Druckluftstroms beim Ladevorgang bei verbundenen Ladeelementen vom Überdruck des Druckluftstroms bei unverbundenen Ladeelementen unterscheidet, dass er z. B. geringer ist. Im unverbundenen Zustand ist die Druckluft dann stärker, da die Kontaktflächen im verbundenen Zustand nicht frei liegen. Im verbundenen Zustand kann ferner vorgesehen sein, dass das Luft-Überdrucksystem so angesteuert wird, dass der Druckluftstrom der stirnseitigen Öffnung der Ladebuchse zugeführt wird, ohne die Buchsenaufnahme zu durchströmen.
Die Steuereinheit kann ferner ausgebildet sein, um zu unterscheiden zwischen gestecktem und ungestecktem Zustand und entsprechend zumindest die Ansteuerung auf einer Seite (z.B. Abschalten auf Steckerseite), anzupassen.
Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Abbildungen.
Von den Abbildungen zeigt:

1 eine schematische Frontansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ladesteckers;
2 eine schematische Seitenansicht eines Ladesteckers gemäß 1 mit geschlossener Abdeckung;
3 eine schematische Seitenansicht einer Ladebuchse;
4 eine schematische Seitenansicht eines Ladesteckers gemäß 1 mit offener Abdeckung;
5 ein verbundenes Ladestecker-Ladebuchsen-System;
6 ein verbundenes Ladestecker-Ladebuchsen-System mit der schematischen Darstellung von Spannkontakten;
7 eine weitere schematische Darstellung eines verbundenen Ladestecker-Ladebuchsen-Systems mit einer Kühlung des Ladekabels;
8 ein Ladestecker-Ladebuchsen-System gemäß 7 mit einer Kühlung eines angeschlossenen Fahrzeugs;
9 eine dreidimensionale Ansicht einer weiteren möglichen Ausführungsform eines Ladesteckers;
10 eine Aufsicht auf einen Ladestecker gemäß 9;
11 eine dreidimensionale Ansicht einer möglichen Ausführungsform einer Ladebuchse;
12 das Zusammenwirken eines Ladesteckers gemäß 9 und einer Ladebuchse gemäß 11;
13 den Kontaktbereich einer weiteren Ausführungsform eines Ladesteckers in einer dreidimensionalen Ansicht;
14 einen Ladestecker gemäß 13 in einer Seitenansicht;
15 einen Teilschnitt durch einen Ladestecker gemäß 13;
16 eine dreidimensionale Ansicht einer möglichen Anordnung von Kontaktringen einer Ladebuchse;
17 einen schematischen Längsschnitt durch eine mögliche Anordnung von Kontaktringen einer Ladebuchse vor der Kontaktierung mit Kontaktringen eines Ladesteckers;
18 die Anordnung gemäß 17 nach der Kontaktierung;
19 einen schematischen Querschnitt durch einen Kontaktring einer Ladebuchse vor der Kontaktierung mit einem Kontaktring eines Ladesteckers;
20 einen Längsschnitt durch einen Kontaktbereich mit einer Kühleinrichtung bei geöffnetem Anschlussadapter;
21 einen dreidimensionalen Teilschnitt durch eine Kühleinrichtung gemäß 20;
22 eine Ausführungsform einer Dichtplatte für eine Ladekabel mit Kühlung;
23 eine Ausführungsform eines Ladekabels mit verdrillten Einzelleitungen;
24 eine weitere Ausführungsform von Spannkontakten im Zusammenwirken mit einem Ladestecker und eines Arretierechanismus;
25 eine dreidimensionale Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Ladesteckers mit einem runden Griff;
26 einen Ladestecker gemäß 25 mit geöffneter Abdeckung;
27 einen schematischen Längsschnitt durch einen Ladestecker mit einer weiteren Ausführungsform eines Kühleinsatzes;
28 einen Kühleinsatz gemäß 27 in einer ersten dreidimensionalen Ansicht;
29 einen Kühleinsatz gemäß 28 in einer zweiten dreidimensionalen Ansicht ohne Leitungsrohre;
30 einen Kühleinsatz gemäß 28 in einem Längsschnitt ohne Leitungsrohre;
31 eine schematische Darstellung eines Haltemechanismus für eine Abdeckung;
32 einen Haltemechanismus gemäß 31 beim Lösen der Arretierung für eine Abdeckung;
33 einen Haltemachanismus gemäß 31 beim Einschieben eines Ladesteckers in eine Ladebuchse;
34 eine Ausführungsform eines Ladesteckers mit einem Luft-Überdrucksystem;
35 eine Ausführungsform einer Ladebuchse mit einem Luft-Überdrucksystem und Überströmung der Kontaktelemente;
36 eine weitere Ausführungsform einer Ladebuchse mit Durchströmung der stirnseitigen Buchsenöffnung;
37 ein verbundenes Ladestecker-Ladebuchsensystem mit einer Durchströmung der stirnseitigen Buchsenöffnung;
38 einen Ausschnitt aus einer Ladestecker-Ladebuchsen-Verbindung mit einer Rückzugseinrichtung; und
39 einen weiteren Ausschnitt aus einer Ladestecker-Ladebuchsen-Verbindung mit einer Rückzugseinrichtung.

Der erfindungsgemäße Ladestecker ist beispielsweise Teil eines Ladekabels, welches an einer Ladestation für elektrisch betreibbare Fahrzeuge angebracht ist. Die Ladestation steht in Verbindung mit einer Energiequelle, von der über das Ladekabel Strom an ein Fahrzeug übertragbar ist, um dessen Energiespeicher (z.B. Traktionsbatterie) elektrisch zu laden. Hierzu wird das Ladekabel temporär an das Fahrzeug angeschlossen, was über eine entsprechende Stecker-Buchse-Verbindung erfolgt, wobei das Fahrzeug die Ladebuchse aufweist. Der Ladestecker kann sich jedoch auch an einem freien Ende eines Ladekabels befinden, welches fest mit einem Fahrzeug verbunden ist. Bei Bedarf wird das Ladekabel mit einer Buchse an einer Ladestation verbunden. Ferner kann er an einem mobilen Ladekabel eingesetzt werden, welches für einen elektrischen Ladevorgang temporär zwischen einem Fahrzeug und einer Ladestation angebracht wird. Eine entsprechende Buchse ist dann an einem Fahrzeug oder an der Ladestation ausgebildet.
Hierbei sind im Ladekabel beispielsweise mehrere Leistungsleitungen für den Ladestrom und eine Schutzleitung vorgesehen. Ferner können in dem Ladekabel Steuerleitungen zur Übertragung von Signalen vorhanden sein, mit deren Hilfe ein Elektrofahrzeug einer Ladestation z.B. anzeigen kann, ob ein Ladekabel mit einem Stecker eingesteckt ist oder nicht. Auch Steuerleitungen für Sensoren für Temperatur und Leckagen können vorgesehen sein.
Um diese Leitungen des Ladesteckers zu kontaktieren, sind an einer zugehörigen Ladebuchse mehrere Kontakte vorgesehen. Die Erfindung wendet sich dabei ab von bekannten Stecker-Buchse-Systemen mit Pin-Verbindungen, sondern schlägt ringförmige Kontakte vor, die durch verschiedene Zusatzmerkmale und Zusatzfunktionen ergänzt werden können. Verschiedene Ausführungsformen von Ladekabeln und Ladebuchsen mit vorteilhaften Zusatzmerkmalen werden im Folgenden anhand der Figuren beschrieben. Grundsätzlich zeigen die Figuren dabei teilweise nur schematisch die für die Erfindung relevanten Merkmale. Dem Fachmann ist klar, dass diese durch bekannte Merkmale wie Gehäuse, Führungen, Verriegelungsmechanismen, Steuerungen, etc. ergänzt werden können.
1 zeigt dabei eine schematische Aufsicht von oben auf einen Ladestecker 10, wie ihn auch die schematische Seitenansicht der 2 zeigt. Der Ladestecker 10 weist in seiner einfachsten Form einen zylinderförmigen Steckkörper 11 auf, der vorzugsweise als Hohlzylinder ausgeformt ist und somit einen inneren Hohlraum 14 aufweist. Auf der Außenseite des Steckkörpers 11 sind mehrere kreisförmig um den Steckkörper 11 verlaufende Kontaktbahnen 30, 31, 32, 33 und 34 vorgesehen, die in axialer Richtung nebeneinander angeordnet sind. Es handelt sich um mehrere Kontaktringe. Diese Kontaktbahnen sind in der 2 lediglich schematisch dargestellt und gegeneinander isoliert. In dem Hohlraum 14 können Komponenten eines Kühlsystems 80 untergebracht sein, mit welchem ein Kühlmittel 81 zu den Kontaktbahnen geführt wird.
Die Kontaktbahnen sind mit Leitungen eines Ladekabels verbunden, bei denen es sich z.B. wie bei bekannten Ladesteckern um Leitungen L1, L2, L3, N, PE, CP und PP handeln kann. In der Ausführungsform der 2 sind auf der Außenseite des Steckkörpers 11 lediglich fünf Kontaktbahnen für die Leitungen L1, L2, L3, N und PE ausgebildet. Kreisförmige Kontaktbahnen z.B. für die Steuerleitungen CP und PP sind hingegen auf der Frontseite des Steckkörpers 11 ausgebildet. Diese sind in 1 durch zwei konzentrische schwarze Kreise größerer Dicke dargestellt. In einer Ausführungsform der Erfindung werden mindestens zwei, vorzugsweise vier Steuerleitungen verwendet.
In einem Bereich des Steckkörpers 11 ist ferner ein Außengewinde 41 ausgebildet. Auf dieses Außengewinde 41 ist eine Abdeckung in Form eines Schutzrohrs 12 mit einem entsprechenden Innengewinde 40 aufgeschraubt. 2 zeigt das Schutzrohr 12 in der geschlossenen Stellung, in welcher es die Kontaktbahnen 30, 31, 32, 33 und 34 verdeckt und so gegen einen Kontakt von außen abschirmt. Gewinde 41 und der Steckkörper 11 sind teilweise in einem Gehäuse 13 untergebracht, aus welchem der Steckkörper 11 mit den Kontaktbahnen 30, 31, 32, 33 und 34 herausragt. Optional ist die Abdeckung 12 mit einem Außengewinde versehen, mit dem es in ein Gehäuse mit Innengewinde eingeschraubt ist, so dass die Abdeckung 12 in das Gehäuse verfahrbar ist. Auch andere Mechanismen zur Bewegung und Führung der Abdeckung 12 können vorgesehen sein.
Das Schutzrohr 12 kann durch einen Stellmotor in eine offene Stellung gedreht bzw. geschoben werden. 4 gibt diesen Vorgang durch zwei Pfeile in Richtung Gehäuse 13 wieder. Der Stellmotor dreht das Stützrohr 12 auf dem Außengewinde 41, so dass es in Richtung Gehäuse 13 verschoben wird und so die Kontaktbahnen 30, 31, 32, 33 und 34 freigibt. Eine Ladebuchse 20, wie sie der schematischen Darstellung der 3 zu entnehmen ist, kann nun über den Steckkörper 11 des Ladesteckers 10 geschoben werden. Hierzu weist die Ladebuchse 20 im Wesentlichen einen hohlzylindrischen Buchsenkörper 21 auf, auf dessen Innenseite mehrere Kontakte angeordnet sind. Diese Kontakte sind in der 3 vereinfacht als ringförmige Kontaktflächen 50, 51, 52, 53 und 54 dargestellt. 5 zeigt die aufgeschobene Ladebuchse 20, wobei die außen liegenden Kontaktbahnen des Ladesteckers die innen liegenden Kontaktbahnen der Ladebuchse kontaktieren.
Insbesondere werden hierbei Spannkontakte verwendet, die Kontaktflächen der Ladebuchse 20 unter Druck in Kontakt mit den äußeren Kontaktbahnen des Ladesteckers 10 bringen können. Die Spannkontakte können beispielsweise nach dem Kniehebelprinzip arbeiten oder anderweitig angetrieben werden. Dies erfolgt vorzugsweise mit wenigstens einem Motor. Die Kontaktbahnen 30, 31, 32, 33 des Ladesteckers 10 werden dann von den Kontaktflächen 50, 51, 52, 53 der Ladebuchse 20 umspannt, wobei je eine Kontaktfläche der Ladebuchse eine Kontaktbahn des Ladesteckers umspannt.
6 zeigt schematisch eine Ladebuchse mit einem Buchsenkörper 21, welcher mehrere (hier fünf) ringförmige Spannkontakte aufweist, die exemplarisch einmalig mit der Bezugsziffer 91 gekennzeichnet sind. Diese Spannkontakte 91 können mittels eines Motors 93 geschlossen und geöffnet werden, d.h. sie werden zusammengezogen, um die Kontaktbahnen des Ladesteckers 10 großflächig zu kontaktieren und einen elektrischen Kontakt zwischen der Ladebuchse 20 und dem Ladestecker 10 herzustellen. Sie bewegen sich nach außen, um diesen Kontakt wieder freizugeben und den elektrischen Kontakt zu trennen, so dass der Ladestecker 10 aus der Ladebuchse 20 entfernt werden kann. Die 6 zeigt auch schematisch einen weiteren Motor 90, mit welchem sich die Abdeckung 12 bewegen lässt, so dass sie die Kontaktbahnen des Ladesteckers 10 freigibt. Dieser Motor 90 kann optional auch dazu genutzt werden, um die Buchse 20 auf den Ladestecker 10 zu ziehen.
7 zeigt eine schematische Darstellung eines Ladekabels 60 mit einem Ladestecker 10 und einer Kühlfunktionalität. Innerhalb des Ladekabels 60 sind exemplarisch zwei Einzelleitungen 61 und 62 dargestellt, die bis zu dem Ladestecker 10 verlaufen. Zwischen diesen Einzelleitungen 61, 62 liegt ein Kühlkanal 70, der ebenfalls bis zum Ladestecker 10 verläuft und in diesen mündet. Durch diesen Kühlkanal 70 ist ein Kühlmedium bis zum Ladestecker 10 führbar, wobei diese Vorlaufrichtung mit einem weißen Pfeil gekennzeichnet ist.
Der Ladestecker 10 ist an eine Ladebuchse 20 angeschlossen. Diese Verbindung ist in 7 lediglich schematisch dargestellt und kann auf geeignete Art verwirklicht werden. Von der Ladebuchse 20 des Fahrzeugs führt eine Verbindungsleitung 101 zu einem Energiespeicher 100 des Fahrzeugs. Das Leiten von Ladestrom von der Ladebuchse 20 zum Energiespeicher 100 kann ebenfalls durch mehrere Einzelleitungen erfolgen (nicht dargestellt). Ferner können ebenfalls nicht dargestellte Komponenten wie ein Batteriemanagementsystem (BMS) zwischengeschaltet sein.
Beim Laden des Energiespeichers 100 des Fahrzeugs wird Kühlmedium durch den Kühlkanal 70 zum Ladestecker 10 geführt und bei einer ersten Betriebsart durch Ventilmittel 82 des Ladesteckers 10 in das Ladekabel 60 zurückgeführt. Diese Rückführung ist in 7 durch gebogene Pfeile dargestellt. Je nach Ventilart verläuft der Strom des Kühlmediums entsprechend innerhalb der Ventilmittel 82. Zur Ladebuchse 20 hin ist der Ladestecker 10 bei dieser Betriebsart geschlossen, so dass das Kühlmedium nur innerhalb des Ladekabels 70 und der Ladestation im Kreislauf geführt wird, wobei es den Ladestecker 10 und das Ladekabel 70 kühlt. Dabei strömt das Kühlmedium nach der Rückführung im Ladestecker 10 vorzugsweise um die Einzelleitungen 61, 62 herum, was in 7 durch mehrere geschwungene Pfeile dargestellt ist. Das Kühlmedium umströmt die Einzelleitungen 61, 62, wozu zwischen den Einzelleitungen 61, 62 ausreichend Raum vorhanden ist.
Verfügt das Fahrzeug über Mittel zur Kühlung des Energiespeichers 100 oder anderer Komponenten eines Batteriesystems eines Fahrzeugs, kann an der Ladebuchse 20 eine Kühlzuleitung 104 vorgesehen sein. Diese Kühlzuleitung 104 kann im Bereich der Verbindungsleitung 101 verlaufen, sie kann aber auch innerhalb des Fahrzeugs von der Ladebuchse 20 abzweigen. In jedem Fall führt die Kühlzuleitung 104 zum Energiespeicher 100 oder einer anderen Komponente des Fahrzeugs und kann zur Zuleitung von Kühlmedium eingesetzt werden. Die Kühlzuleitung 104 kann hierzu durch eine entsprechende Ausformung der Ventilmittel 82 und 83 mit dem Kühlkanal 70 des Ladekabels 60 verbunden werden. Dabei können die Funktionalitäten der Ventilmittel 82 und 83 auch in einem einzelnen Gesamtventilmittel realisiert sein
Die Ventilmittel 83 der Ladebuchse 20 des Fahrzeugs stehen beispielsweise über eine Kommunikationsverbindung 103 in Verbindung mit einer Steuereinheit 102 des Fahrzeugs. Über diese Steuereinheit 102 kann das Fahrzeug bei Bedarf die Ventilmittel 83 öffnen und schließen. Dabei steht die Steuereinheit über die Kommunikationsverbindung 103 auch in Verbindung mit den Ventilmitteln 82 des Ladesteckers 10 bzw. mit mechanischen Mitteln, mit denen die Ventilmittel 82 angesteuert werden können. Alternativ erfolgt eine Kommunikation zwischen Fahrzeug und Ladestation, wobei die Ladestation Befehle zum Öffnen oder Schließen an die Ventilmittel 82, 83 übermittelt.
Hat das Fahrzeug Bedarf für eine Kühlung, steuert es über die Steuereinheit 102 die Ventilmittel 82 und 83 so an, dass das Kühlmedium aus dem Kühlkanal 70 des Ladekabels 60 nicht sofort innerhalb des Ladesteckers 10 zurückgeführt wird, sondern vorher in die Kühlzuleitung 104 zum Fahrzeug fließt. 8 zeigt diese Betriebsart, indem der Vorlauf des Kühlmediums durch Ladestecker 10 und Ladebuchse 20 mit einem durchgehenden weißen Pfeil gekennzeichnet ist. Nach Kühlung beispielsweise des Energiespeichers 100 wird das erwärmte Kühlmedium (schwarze Pfeile) durch die Verbindungsleitung 101 zurück zu Ladebuchse 20 und Ladestecker 10 geführt. Die Ventilmittel 82 und 83 sind entsprechend so angesteuert, dass das erwärmte Kühlmedium hindurchtreten und durch das Ladekabel 60 zur Ladestation geführt wird. Dabei umströmt es die Einzelleitungen 61, 62 wie in der Betriebsart der 7. An der Ladestation wird das erwärmte Kühlmedium gekühlt und kann erneut dem Kühlkanal 70 zugeführt werden. Am Ende des Ladevorgangs verschließt die Steuereinheit 102 durch die Ventilmittel 83 den Zulauf zur Kühlzuleitung 104, so dass kein weiteres Kühlmedium in Richtung Energiespeicher 100 strömen kann.
9 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ladesteckers 10' in einer dreidimensionalen Ansicht, während 10 diesen Ladestecker 10' in einer Aufsicht zeigt. 11 zeigt eine mögliche Ladebuchse 20' und 12 das Zusammenwirken von Ladebuchse 20' und Ladestecker 10'.
Der Ladestecker 10' hat z.B. die Form einer Pistole mit einem Griff 15 zum Halten des Ladesteckers 10', wobei ein abgewinkeltes Gehäuse mit einem Ladekabel 60 verbunden ist. An der Frontseite des Ladesteckers 10' befindet sich ein im Wesentlichen zylinderförmiger Steckkörper, auf dessen Außenseite zwei ringförmige Kontaktbahnen 30 und 31 vorgesehen sind. Diese Kontaktbahnen 30, 31 sind axial zueinander beabstandet und gegeneinander isoliert. Auf der Stirnseite des Steckkörpers befinden sich mehrere ringförmige Steuerkontakte, die konzentrisch angeordnet sind. Von den vier Steuerkontakten ist exemplarisch ein außenliegender Steuerkontakt mit der Bezugsziffer 35 gekennzeichnet. Im Zentrum der Stirnseite des Steckerkörpers befindet sich ein Anschlussadapter 71 für den optionalen Austausch eines Kühlmediums mit einem Fahrzeug.
Die Aufsicht der 10 zeigt den Ladestecker 10' mit einer Abdeckung über den Kontaktbahnen. Diese Abdeckung ist als Schutzrohr 12 ausgebildet, welches sich koaxial über den Steckkörper des Ladesteckers erstreckt. In diesem Zustand sind die Kontaktbahnen von dem Schutzrohr 12 abgedeckt und somit sicher gegen unbeabsichtigten Kontakt. Wird die Abdeckung 12 Richtung Steckergehäuse verfahren, gibt sie die Kontaktbahnen frei, so dass sie mit den entsprechenden Kontakten einer Ladebuchse elektrisch kontaktiert werden können.
11 zeigt eine Ausführungsform einer Ladebuchse 20', in welcher ein solcher Ladestecker 10' eingeschoben werden könnte. Die Ladebuchse 20' weist einen Buchsenkörper 21 auf, in welchem der zylindrische Steckkörper des Ladesteckers 10' koaxial aufgenommen werden kann. Auf der Innenseite dieses Buchsenkörpers 21 befinden sich zwei ringförmige Kontaktflächen 50, 51 (nicht dargestellt), die dabei die ringförmigen Kontaktbahnen des Ladesteckers 10' kontaktieren. Gleichzeitig kontaktieren die frontseitigen Steuerkontakte 35 des Ladesteckers 10' entsprechend angeordnete Steuerkontakte 55 in der Ladebuchse 20'. Folglich sind diese Steuerkontakte 55 ebenfalls ringförmig ausgebildet und konzentrisch zueinander angeordnet. In der Mitte der Ladebuchse 20' sind ferner Mittel zur Verbindung mit dem Anschlussadapter 71 des Ladesteckers 10' vorgesehen, wobei diese Mittel in den Figuren lediglich schematisch angedeutet sind und in geeigneter Form ausgebildet sein können. Sie werden daher allgemein als Anschluss 59 bezeichnet.
Bei den Kontaktflächen der Ladebuchse 20' handelt es sich vorzugsweise um Spannkontakte, die mit erhöhter Kraft an die außen liegenden Kontaktbahnen des Ladesteckers 10' anpressbar sind. Dies kann durch verschiedene Mechanismen erfolgen, wobei in der Ausführungsform der 11 beispielhaft ein Kniehebelspanner 22 gewählt ist. Über die Ansteuerung des Kniehebelspanners 22 werden die ringförmigen Kontaktflächen der Ladebuchse 20' zusammengezogen, um von außen mit einem gewissen Anpressdruck auf die Kontaktbahnen des Ladesteckers 10' zu drücken. In diesem Zustand ist eine sichere elektrische Kontaktierung über eine große Fläche gewährleistet. Soll der Ladestecker 10' nach dem erfolgreichen Laden wieder aus der Ladebuchse 20' entfernt werden, werden die Kontaktflächen der Ladebuchse 20' über eine Ansteuerung des Kniehebelspanners 22 nach außen bewegt und der Anpressdruck so aufgehoben. Der Ladestecker 10' kann dann wieder herausgezogen werden. 12 zeigt einen Ladestecker 10' beim Einschieben in eine Ladebuchse 20'.
In den bisherigen Ausführungsformen der Figuren wurden die ringförmigen Kontakte des Ladesteckers und der zugehörigen Ladebuchse lediglich schematisch anhand ihrer prinzipiellen Funktion erläutert. Das Gleiche gilt für eine mögliche Kühlung des Ladesteckers und optional eines angeschlossenen Fahrzeugs. Im Folgenden werden mögliche Ausführungsformen dieser Komponenten gezeigt, deren Einzelmerkmale frei miteinander kombiniert werden können.
13 zeigt beispielsweise eine dreidimensionale Ansicht eines zylinderförmigen Steckkörpers eines Ladesteckers mit drei äußeren, ringförmigen Kontaktbahnen 30, 31 und 32. Diese werden gegeneinander isoliert durch drei scheibenförmige Isolatoren 56, 57 und 58. 14 zeigt dies in einer Seitenansicht. Bei dem vorderen Kontaktring 30 handelt es sich beispielsweise um einen Kontaktring für einen Schutzleiterkontakt. Ein solcher Schutzleiter ist in der 13 mit der Bezugsziffer 65 versehen. Der Kontaktring 31 ist z.B. für einen DC+ Pol und der Kontaktring 32 für einen DC- Pol ausgebildet.
An der Stirnseite des zylindrischen Steckkörpers befinden sich mehrere ringförmige Steuerkontakte35, die konzentrisch angeordnet sind. In der Mitte dieser Steuerkontakte 35 ist ein Anschlussadapter 71 vorgesehen. Auf der gegenüberliegenden Seite des Steckkörpers werden mehrere Anschlussleitungen zur elektrischen Kontaktierung der Kontaktringe herausgeführt. Von diesen Anschlussleitungen sind zwei Leitungen mit den Bezugsziffern 67 und 68 gekennzeichnet, währen ein mittleren Schutzleiter mit 65 bezeichnet ist.
15 zeigt einem Teilausschnitt von 45°. Daraus wird ersichtlich, dass die Isolatoren 56, 57 und 58 scheibenförmig ausgebildet sind, wobei diverse Anschlussleitungen durch Öffnungen in diesen Scheiben geführt sind, von denen zwei Anschlussleitungen erneut beispielhaft mit den Bezugsziffern 67 und 68 versehen sind. Ferner wird der Schutzleiter 65 durch die Isolatoren geführt. Darüber hinaus befinden sich im Inneren des Ladesteckers Ventilmittel 82 zum Führen eines Kühlmediums durch den Ladestecker und optional in ein Fahrzeug über den Anschlussadapter 71. Die Ventilmittel 82 sind in dieser Ausführungsform von einer Keramikhülse 66 umgeben, welche einen thermisch leitenden Kontakt zwischen den Kontaktringen des Ladesteckers und einem Kühlmedium herstellt. Zwischen der Keramikhülse 66 und den Ventilmitteln 82 können weitere Rohre bzw. Hülsen angeordnet sein.
16 zeigt zwei Kontaktringe 51 und 52 einer Ladebuchse isoliert ohne die übrigen Komponenten der Ladebuchse. Der Kontaktring 51 ist an Anschlussleitungen 63 angeschlossen, während der Kontaktring 52 an Anschlussleitungen 64 angeschlossen ist. Dabei besteht jeder Kontaktring aus mehreren Segmenten, die kreisförmig zu einem Ring angeordnet sind. In der Ausführungsform dieser Figur handelt es sich beispielsweise um jeweils drei Segmente pro Kontaktring. Jedes Segment verfügt über zwei Anschlussleitungen. Die einzelnen Segmente sind untereinander radial beweglich, so dass der Innendurchmesser des von den Segmenten eingeschlossenen Kreises variiert werden kann. Dies kann beispielsweise durch Spannmittel in der Form von Schellen realisiert sein, welche die Segmente wenigstens umgeben. Diese Schellen können zugezogen werden, um die Segmente radial nach innen zu bewegen. Werden die Schellen hingegen geweitet, bewegen sich die Segmente nach außen. Für die Betätigung der Schellen können verschiedene Antriebsmittel verwendet werden. Ferner können auch hierbei andere Arten von Mechanismen verwendet werden, mit welchen sich die radiale Position des Ringsegmente verändern lässt.
Werden die kreisförmig angeordneten Segmente nach innen bewegt, kontaktieren sie die außen liegenden Kontaktringe eines Ladesteckers. Über die Schellen kann ein definierter Anpressdruck aufrechterhalten werden, bis der Ladestecker wieder aus der Ladebuchse gezogen werden soll. Dann werden die Schellen gelöst und die Segmente der Kontaktringe 30 und 31 bewegen sich so weit radial nach außen, dass der Ladestecker herausgezogen werden kann.
Diese Vorgänge werden anhand der schematischen 17 bis 19 nochmals erläutert. 17 zeigt dabei die Position von zwei äußeren Kontaktringen 51 und 52 einer Ladebuchse gegenüber zwei inneren Kontaktringen 30 und 31 eines Ladesteckers, nachdem der Ladestecker in die Ladebuchse eingeführt wurde. Hierfür besteht ein geringfügiger Spalt zwischen den äußeren und inneren Kontaktringen, dessen Dimensionen in 17 jedoch lediglich der Veranschaulichung des Funktionsprinzips dienen. Für eine elektrische Kontaktierung der äußeren Kontaktringe 51, 52 mit den inneren Kontaktringen 30, 31 werden die einzelnen Segmente der äußeren Kontaktringe radial nach innen bewegt, bis sie unter einem definierten Anpressdruck an den inneren Kontaktringen des Ladesteckers anliegen. Dieser Zustand ist in 18 gezeigt. 19 zeigt diesen Zustand in einem schematischen Querschnitt, welchem die drei Ringsegmente 50', 50" und 50" des äußeren Kontaktrings 51 zu entnehmen sind. Auf diese Ringsegmente wird von außen mit einem geeigneten Mechanismus ein Druck erzeugt, welcher die Ringsegmente gegen den inneren Kontaktring 30 drückt. Diese Druckrichtung ist in 19 schematisch mit drei Pfeilen gekennzeichnet.
Die Funktion einer möglichen Ausführungsform einer Kühleinrichtung innerhalb des Ladesteckers wird anhand der 20 und 21 erläutert. 20 zeigt in einem schematischen Längsschnitt eine Kühleinrichtung mit Ventilmitteln 82, welche in dem dargestellten Zustand einen Zufluss und Rückfluss von Kühlmittel durch den Ladestecker erlauben. Zusätzlich ist der Zulauf zu einem Fahrzeug geöffnet. Hierzu weisen die Ventilmittel 82 ein Steuerelement 89 auf, das so angesteuert und axial bewegt werden kann, dass der Zulauf zu einem Fahrzeug gesperrt ist. 21 zeigt in einer dreidimensionalen Ansicht mit einem Teilschnitt die Ventilmittel 82 in diesem Zustand, in welchem Kühlmittel zu dem Ladestecker und durch den Ladestecker hindurch zu einem Fahrzeug geführt wird. Die Ventilmittel 82 werden dabei von einem Kühlmittelzulauf 78 gespeist, wobei das darin geführte Kühlmittel dem Ladestecker durch einen innerhalb des Ladekabels verlaufenden Kühlkanal zugeführt wird. Dieser Kühlmittelzufluss ist mit einem gestrichelten Pfeil dargestellt.
Ferner sind die Ventilmittel 82 koaxial von einer Wärmeübertragungshülse 66, z.B. einer Keramikhülse umgeben, wobei sich zwischen den Ventilmitteln 82 und dieser Keramikhülse 66 ein umlaufender Spalt bildet, der einen Kühlkanal 84 bildet. Die Keramikhülse 66 ist beispielsweise aus Aluminiumoxid gebildet. Sie hat vorzugsweise über ihre Außenseite direkten thermisch leitenden Kontakt zu den Kontaktringen 31, 32 des Ladesteckers. Insbesondere ist zwischen Keramikhülse 66 und den Kontaktringen 31, 32 eine Presspassung vorhanden. Soll lediglich der Ladestecker mit seinen Kontakten gekühlt werden, wird das zugeführte Kühlmittel innerhalb der Ventilmittel 82 umgelenkt und fließt innerhalb des Kühlkanals 84 zurück in das Ladekabel. Dieser Rückfluss ist mit weißen Pfeilen dargestellt und erfolgt durch eine oder mehrere umlaufende Öffnungen, welche die Ventilmittel 82 zwischen dem Kühlmittelzulauf 78 und dem Kühlkanal 84 freigeben. Dabei strömt das Kühlmittel entlang der Keramikhülse 66 und durch den thermisch leitenden Kontakt erfolgt eine Kühlung der Kontaktringe 31, 32, bei welcher das Kühlmittel Wärme aufnimmt und abführt. Das Steuerelement 89 kann so axial bewegt, dass dabei der Zulauf zum Fahrzeug gesperrt ist (nicht dargestellt).
Im Zustand der 20 ist der Zulauf von Kühlmittel zu dem Anschlussadapter 71 jedoch nicht versperrt. Im Inneren des Anschlussadapters 71 liegt ein zentraler Vorlauf 86 zur Führung von Kühlmittel zum Fahrzeug. Dieser Vorlauf 86 ist koaxial umgeben von einem Rücklauf 85 zur Führung von Kühlmittel vom Fahrzeug zum Ladestecker. Dieser Rücklauf 85 teilt sich beispielsweise in wenigstens zwei Teilkanäle auf. An der Frontseite des Anschlussadapters 71 befindet sich eine schräge Dichtfläche 88, an welcher eine Dichtkonus 87 der Ventilmittel 82 dichtend zur Anlage bringbar ist, wodurch der Durchfluss von Kühlmittel gesperrt wird. Innerhalb der Ventilmittel 82 können weitere Dichtflächen dieser Art vorhanden sein, um eine sichere Abdichtung zu gewährleisten.
Der 21 ist ein Zustand der Ventilmittel 82 zu entnehmen, bei welchem nach wie vor Kühlmittel aus dem Kühlmittelzulauf 78 in den Kühlkanal 84 innerhalb der Keramikhülse 66 strömen kann. Zusätzlich ist der Dichtkonus 87 jedoch zurückgezogen, so dass er den Durchfluss zwischen Dichtkonus 87 und Dichtfläche 88 freigibt. Kühlmittel kann durch den Vorlauf 86 aus dem Anschlussadapter 71 austreten und dem Fahrzeug zugeführt werden. Dieser Zufluss ist mit einem gepunkteten Pfeil dargestellt. Nachdem das Kühlmittel innerhalb des Fahrzeugs zur Kühlung beispielsweise einer Traktionsbatterie eingesetzt wurde, strömt es zurück durch den Rücklauf 85. Dort wird es umgelenkt in den Rücklaufstrom, welcher im Kühlkanal 84 durch die Keramikhülse strömt. Mechanische Komponenten der Ventilmittel 82 wie das Steuerelement 89 werden entsprechend angesteuert.
22 zeigt eine mögliche Ausführungsform eines Kühleinsatzes 72, der im Übergang zwischen Ladekabel und Ladestecker montiert und damit eingesetzt werden kann. Er dient zur Zuführung von Kühlmittel zu den Ventilmitteln des Ladesteckers und zur Rückführung von Kühlmittel von dem Ladestecker zurück ins Ladekabel. Hierzu ist eine kreisrunde Dichtplatte 73 vorgesehen, welche eine zentrale Öffnung aufweist, an die ein Kühlrohr 74 angeschlossen ist. Dieses Kühlrohr 74 weist optional eine Abwinkelung 75 auf, wenn es z.B.an die abgewinkelte Form eines Ladesteckers angepasst ist. Alternativ ist keine Abwinkelung vorhanden, sondern das Kühlrohr 74 ist gerade ausgeführt. Die Dichtplatte 73 hat eine ausreichende Dicke, so dass an ihrem Umfang eine umlaufende Dichtfläche 76 vorhanden ist. Der Kabelmantel des Ladekabels wird auf diese Dichtplatte 73 aufgezogen und die Dichtfläche 76 gegenüber dem Kabelmantel abgedichtet.
Um das Kühlrohr 74 herum sind in der Dichtplatte 73 mehrere Leitungsführungen 77 vorgesehen, durch welche die Anschlussleitungen des Ladesteckers hindurch geführt werden können. Die Leitungen sind hierbei vorzugsweise in die Öffnungen eingeklebt, um eine Dichtigkeit zu gewährleisten. Innerhalb des Kühlrohrs 74 ist eine Kanalstruktur ausgebildet, die insbesondere rotationssymmetrisch ausgeführt ist. Hierbei ist in der Mitte ein Kanal vorgesehen, der für den Kühlmittelzulauf 78 genutzt wird. Kabelseitig ist ein Kühlkanal zur Zuführung eines Kühlmittels vorgesehen, welcher im Bereich der Dichtplatte 73 in den Kühlmittelzulauf 78 mündet. Der Kühlmittelzulauf 78 führt zu den Ventilmitteln des Ladesteckers und der Rücklauf des Kühlmittels in das Kabel wird über mehrere Kanäle realisiert, welche den Kühlmittelzulauf 78 koaxial umgeben. Von diesen Kanälen ist in 22 ein Kühlmittelrücklauf exemplarisch mit der Bezugsziffer 79 versehen. Diese Kühlmittelrückläufe 79 münden im Bereich der Dichtplatte 73 in das Ladekabel, wo sie die einzelnen Leitungen innerhalb des Ladekabels umströmen.
Ein Ladekabel kann dabei Leitungen enthalten, die gegeneinander verdrillt bzw. miteinander um eine Seele verseit sind. Ein solches Ladekabel ist exemplarisch in der 23 gezeigt. Innerhalb des Kabelmantels 69 sind mehrere Einzelleitungen 61 und 62, sowie ein Schutzleiter 65 miteinander verdrillt. Ferner können auch mehrere Schutzleiter eingesetzt werden, um erhöhten Leistugsanforderungen gerecht zu werden oder ein PE-Kabel reicht aus. Im Zentrum des Ladekabels verläuft ein Kühlkanal 70, durch welchen Kühlmittel zu einem angeschlossenen Ladestecker geführt wird.
Ein solcher Dichteinsatz 72 eignet sich vorteilhaft zum Einsatz in einem beschriebenen Ladestecker mit einer entsprechenden Kühleinrichtung. Kühleinrichtung und Ladestecker können jedoch auch anders ausgeführt sein. Auch eine Dichtplatte 73 mit Leitungsdurchführungen 77 kann getrennt von anderen Merkmalen des Dichteinsatzes verwendet werden.
24 zeigte eine Ausführungsform für einen möglichen Spannmechanismus zur Realisierung von Spannkontakten an einer Ladebuchse. Hierbei ist nur die Funktionsweise eines Spannkontaktes gezeigt, wobei mehrere dieser Spannkontakte axial nebeneinander angeordnet sind. Ersichtlich ist, dass ein Kontaktring der Ladebuchse aus sechs Ringsegmenten gebildet ist, von denen beispielhaft ein Ringsegment mit der Bezugsziffer 50' bezeichnet ist. Der einzuführende Ladestecker weist mehrere Kontaktringe auf, von denen beispielhaft drei Kontaktringe 30, 31 und 32 gezeigt sind. Ein vorderer Kontaktring 30 kann als Schutzleiterkontakt genutzt werden. Um den gezeigten Kontaktring der Ladebuchse mit einem dieser Kontaktringe des Ladesteckers elektrisch zu kontaktieren, wird der Ladestecker entsprechend in Position gebracht, d.h. in die Ladebuchse eingeschoben. Die Ringsegmente 50' umgeben einen Kontaktring des Ladesteckers dann ringförmig. Um sie mit dem Kontaktring elektrisch zu kontaktieren, werden die Segmente 50' über wenigstens eine Schelle 93 zugezogen. Hierdurch entsteht ein Anpressdruck auf den Kontaktring des Ladesteckers. Dies erfolgt mit einem Motor 98 und zwei Gewindestangen 99 und 99', die beispielsweise Teil eines Spindelantriebs sind, welcher in 24 schematisch dargestellt ist. Andere Antriebsarten sind ebenfalls möglich. Soll der Ladestecker wieder entfernt werden, wird die Schelle 93 motorisch geöffnet, wodurch sich die Ringsegmente 50' nach außen bewegen und der Anpressdruck so aufgehoben wird.
Um die Kontaktringe des Ladesteckers gegenüber den Kontaktringen der Ladebuchse zu positionieren, kann wenigstens ein Arretierungselement vorgesehen sein. 24 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines solchen Arretierelementes an einer Isolatorscheibe 56. Hierzu ist in der Isolatorscheibe 56 eine segmentförmige Aussparung 97 vorgesehen. In dieser Aussparung 97 ist ein Arretiereinsatz 95 angebracht, der in 24 aus der Aussparung 97 herausgelöst dargestellt ist. Dieser Arretiereinsatz 95 weist ein stiftförmiges (oder kugelförmiges) Arretierelement 96 auf, welches radial in dem Arretiereinsatz 95 gelagert ist. Zur Arretierung des Ladesteckers in einer vorgegebenen Position innerhalb der Ladebuchse, in welcher die Kontaktringe miteinander kontaktiert werden können, wird ein Arretierelement 96 so angesteuert, dass es radial nach außen bewegt wird und in eine entsprechende Aufnahme auf der Innenseite der Ladebuchse eingreift (nicht dargestellt). Auf diese Weise ist der Ladestecker temporär gegen eine axiale Bewegung innerhalb der Ladebuchse gesichert. Für ein Entfernen des Ladesteckers wird das Arretierelement 96 so angesteuert, dass es wieder radial nach innen bewegt wird. Das Arretierelement 96 greift nun nicht mehr in eine Aufnahme der Ladebuchse ein, so dass der Ladestecker in axialer Richtung bewegt werden kann. Beispielsweise können am Umfang einer Isolatorscheibe 56 mehrere solcher Arretiereinrichtungen vorgesehen sein und 24 zeigt ein zweites stiftförmiges Arretierelement 96. Alternativ sind andere Positionen realisierbar wie z.B. in 26 gezeigt. Diese Arretiervorrichtung ist jedoch nur beispielhaft zu verstehen und kann auf jegliche andere Arten ausgeführt sein. Hierbei sind insbesondere der Aufbau der einzelnen Komponenten und die gegebenen Platzverhältnisse zu berücksichtigen.
Bei dem in 24 gezeigten Isolator 58 kann es sich insbesondere um die in 22 gezeigte Dichtplatte handeln, durch deren Öffnungen mehrere Anschlussleitungen 67, 68 sowie ein zentraler Kühlzulauf geführt sind.
25 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Ladesteckers 10". Dieser weist keine gekrümmte Form wie eine Art Pistole oder ein Benzinzapfhahn auf, sondern er ist gerade ausgeführt und hat eine im Wesentlichen zylindrische Form. Ferner weist der Ladestecker 10" einen ringförmigen Griff 15' auf, welcher den Ladestecker 10' umgibt. Dieser Griff 15" ist auf seiner Innenseite mit diversen Griffmulden versehen und über mehrere Streben zu dem Ladestecker beanstandet. Ersichtlich ist ferner ein hohlzylindrisches Gehäuse 13, das wie eine Abdeckung 12 axial beweglich am Ladestecker 10" ausgeführt ist. Das Gehäuse 13 könnte jedoch optional auch fest installiert sein. Die Abdeckung 12 ist durch ein Schutzrohr gebildet und gegenüber dem zylindrischen Steckkörper des Ladesteckers axial beweglich. Dabei kann die Abdeckung 12 teleskopisch in das Innere des Gehäuses 23 bewegt werden.
25 zeigt den Betriebszustand, in welchem ringförmige Kontaktbahnen des Ladesteckers 10" von der Abdeckung 12 abgedeckt sind. 26 zeigt den Betriebszustand, in welchem die Abdeckung 12 zusammen mit dem Gehäuse 13 axial Richtung Griff 15' bewegt wurde, so dass nun mehrere Kontaktringe 30, 31 und 32 frei liegen und in einer Ladebuchse kontaktiert werden können. Ferner sind vorne an dem Ladestecker 10' mehrere Arretierelemente 96 ersichtlich, die über den Umfang des zylindrischen Steckkörpers verteilt sind und mit einer Ladebuchse zusammenwirken, um den Ladestecker 10" in einer axialen Position festzulegen. Alternativ kann es sich bei diesen Elementen jedoch auch um Halteelemente handeln, mit denen die Abdeckung 12 an dem Ladestecker arretiert wird, solange diese die Kontakte abdecken soll. Dies ist beispielhaft anhand der 31 bis 33 erläutert, wobei es sich bei den Arretierelementen 96 bzw. Halteelementen um federgelagerte Kugeln handeln kann. In einer Ausführungsform der Erfindung können die Arretierelemente 96 bzw. Halteelemente auch für beide Funktionen genutzt werden. Zunächst halten sie die Abdeckung 12 über den Kontakten und wenn der Ladestecker in eine Ladebuchse eingeschoben ist, können sie für eine Arretierung des Steckers in der Ladebuchse genutzt werden.
Optional sind die außenliegenden Kugeln d nicht für die Arretierung des Steckers in der Buchse vorgesehen. In der Schnittansicht sieht man dann die dafür vorgesehenen Kugeln, die den Stecker an der Buchse arretieren (31 Bauteil 303).
27 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Kühleinsatzes 72', welcher in einen Kabelmantel 69 eines Ladekabels eingebracht und zur Zu- und Abführung von Kühlmittel ausgebildet ist. Optional ist das Bauteil aus Metall und wird mit O-Ringen gegen einen Kühlkörper gedichtet. Das eigentliche Kabel / der Kabelmantel wird an dem Metallrohr befestigt. Ferner kann das Bauteil 69 schon als Kabelmantel aufgefasst werden.
Der Kühleinsatz 72' weist mehrere Leitungsdurchführungen 77 auf und einen Kühlmittelzulauf in Form eines Kühlrohrs 74'. Weitere mögliche Merkmale des Kühleinsatzes werden anhand der 28 bis 30 erläutert. Der Kühleinsatz 72' weist eine Dichtplatte 73' auf, die eine zentrale Öffnung für einen Kühlmittelzulauf 78 aufweist. Der Kühlmittelzulauf 78 mündet auf der gegenüberliegenden Seite in das Kühlrohr 74'. Aus der 28 sind auch die diversen Leitungsdurchführungen 77 ersichtlich, welche auf der Seite des Kühlmittelzulaufs 78 von der Dichtplatte 73' abstehen. Hierbei handelt es sich um Durchführungen mit unterschiedlichen Durchmessern, welche an die Durchmesser der verwendeten Leitungen angepasst sind. Auf der Seite des Kühlrohrs 74' befindet sich an der Dichtplatte 73' ferner ein Klemmkonus 75', welcher jedoch nicht zwingend konisch ausgeführt sein muss, sondern es kann sich auch um ein einfaches Rohr mit einer anderen Außenkontur handeln. Die äußere Konusform hat sich als vorteilhaft erwiesen, um von einem großen Durchmesser einer Kühleinrichtung zu einem kleineren Durchmesser für einen Kühlmittelrücklauf zu gelangen. Das Kühlrohr 74' mündet in diesen Klemmkonus 75'. Kühlmittel aus dem Kühlmittelzulauf 78 tritt aus dem Kühlrohr 74' aus, wie es in 28 mit einem Pfeil gekennzeichnet ist. Erwärmtes Kühlmittel kann durch einen Kühlmittelrücklauf 79 in den Klemmkonus 75' eintreten, wie es ebenfalls mit zwei Pfeilen gekennzeichnet ist.
29 zeigt die Dichtplatte 73' aus einer anderen Perspektive ohne angebrachte Rohre für die Leitungsdurchführungen 77. Ersichtlich ist dabei, dass der Klemmkonus 75' das Kühlrohr 74' koaxial umgibt und Kühlmittel im Kühlmittelrücklauf 79 durch einen Spalt zwischen dem Kühlrohr 74' und der Innenseite des Klemmkonus 75' durch die Dichtplatte 73' hindurch auf die andere Seite strömen kann. Dies ist ebenfalls mit mehreren Pfeilen gekennzeichnet. Dabei handelt es sich nicht um einen vollständig umlaufenden Spalt, sondern zwischen Kühlrohr 74' und Klemmkonus 75' ist wenigstens eine Strebe vorhanden, so dass der Spalt in mehrere Einzelsegmente aufgeteilt ist.
Dem Längsschnitt der 30 sind der Kühlmittelzulauf 78 durch das Kühlrohr 74' und der Kühlmittelrücklauf 79 durch den Klemmkonus 75' zu entnehmen. Dabei erfolgt der Rücklauf durch das Innere des Klemmkonus und 75' in ein Verteilsystem 77' innerhalb der Dichtplatte 73'. Dieses Verteilsystem 77' durchzieht die Dichtplatte 73' mit verschiedenen Kanälen und mündet in mehrere Kühlmittelaustrittsöffnungen 77" auf der Kabelseite. Diese Kühlmittelaustrittsöffnungen 77" sind zusätzlich zu den Leitungsdurchführungen 77 vorgesehen und so angeordnet, dass austretendes Kühlmittel die Leitungen, welche durch die Leitungsdurchführungen 77 in das Kabel geführt sind, geeignet umströmt.
Dieser Verlauf des Kühlmittels ist in 27 nochmals mit Pfeilen gekennzeichnet. Der Kühlmittelzulauf 78 führt durch das Kühlrohr 74', welches koaxial mit Abstand von einem Kühlmittelführrohr 402 umgeben ist. Dieses Kühlmittelführrohr 402 ist beispielsweise ein Kupferrohr, um eine gute Wärmeübertragung zu gewährleisten. Das Kühlmittelführrohr 402 ist in den Klemmkonus 75' eingebracht, wozu auf dessen Innenseite eine Abstufung vorgesehen sein kann. Ferner kann das Kühlmittelführrohr 402 äußere Blockadebereiche aufweisen, welche beim Einstecken des Rohres 402 in den Klemmkonus 75' am vorderen Rand des Klemmkonus anschlagen, so dass die Lage des Kühlmittelführrohrs 402 gegenüber des Klemmkonus 75' definiert wird.
27 zeigt dabei eine Ausführungsform, bei welcher das Kühlmittelführrohr 402 zur Stirnseite des Ladesteckers hin geschlossen ausgeführt ist. In dieser Ausführungsform findet somit kein Austausch von Kühlmittel mit einem Fahrzeug über die Stirnseite des Ladesteckers statt, sondern das Kühlmittel wird lediglich zum Kühlen der Kontaktringe des Ladesteckers verwendet. Optional kann das Kühlmittelführrohr 402 jedoch auch offen ausgeführt sein, so dass ein solcher Austausch mit geeigneten Ventilmitteln stattfinden kann. In der in 27 gezeigten Ausführungsform ist das Kühlmittelführrohr 402 teilweise koaxial von einer Wärmeübertragungshülse 66 umgeben, auf welche wenigstens ein Kontaktring auf gepresst ist, d.h. in der gezeigten Ausführungsform sind zwei Kontaktringe 31 und 32 auf die Wärmeübertragungshülse 66 aufgepresst. Ein weiterer Kontakt 30, bei dem es sich beispielsweise um den PE-Kontakt handelt, kann dagegen neben der Wärmeübertragungshülse 66 liegen, da eine Kühlung für diesen Kontakt von untergeordneter Bedeutung ist. Neben diesem Kontakt 30 befindet sich eine Lochplatte 400, welche das Kühlmittelführrohr 402 ebenfalls koaxial umgibt. Diese Lochplatte 400 kann dann seitlich durch den Kontakt 30 und den Klemmkonus 75' bzw. die daran anschlagenden Blockademittel des Kühlmittelführrohrs 402 gehalten sein.
Durch die Lochplatte 400 hindurch werden die Anschlussleitungen der Kontakte zu dem Kühleinsatz 72' geführt. Hierfür sind entsprechende Durchgangsbohrungen vorhanden, welche vorzugsweise mit den Leitungsdurchführungen 77 in der Dichtplatte des Kühleinsatzes fluchten. Zwischen der Lochplatte 400 und der Dichtplatte des Kühleinsatzes 72' befindet sich ein Dichtraum 401, welcher mit einem Dichtmittel gefüllt ist. Die Anschlussleitungen sind durch dieses Dichtmittel geführt, so dass die elektrischen Kontakte des Ladesteckers gegenüber dem Kühlmittel den Kühleinrichtung abgedichtet und elektrisch isoliert sind.
Eine Ausführungsform einer möglichen Arretierung für eine Abdeckung 12 eines Ladesteckers ist den 31 bis 33 zu entnehmen. In diesen Figuren ist schematisch ein Ladestecker dargestellt mit mehreren Kontaktringen 30, 31 und 32. Diese Kontaktringe sind von einer Abdeckung 12 in Form eines Schutzrohrs abgedeckt. Bei Einführung des Ladesteckers in eine Buchsenöffnung 241 einer Ladebuchse 20" wird die Abdeckung 12 automatisch teleskopisch in ein Gehäuse 13 geschoben. Dieser Vorgang wird anhand einer solchen gestrichelt dargestellten Buchsenöffnung 241 erläutert.
An der Frontseite des zylindrischen Steckkörpers des Ladesteckers ist in dieser Ausführungsform eine Haltevorrichtung 300 vorgesehen. Diese Haltevorrichtung 300 wirkt mit einem Halteelement 302 zusammen, welches radial beweglich am Ladestecker gehalten ist. Ferner weist die Haltevorrichtung 300 einen Rückstellmechanismus auf, der in den Figuren schematisch durch ein Rückstellelement 301 in Form einer Feder gebildet ist. 31 zeigt eine Situation, in welcher die Kontakte 30, 31 und 32 des Ladesteckers von der Abdeckung 12 abgedeckt sind. In dieser Situation greift das Halteelement 302 in eine Halteaufnahme 304 an der Abdeckung 12 ein, so dass die Abdeckung 12 gegenüber den Kontakten in axialer Bewegungsrichtung gesichert ist. Soll der Ladestecker in eine Buchsenöffnung 241 einer Ladebuchse 20" eingeführt werden, beginnt ein Mechanismus damit, die Haltevorrichtung 300 gegen die Kraft des Rückstellmechanismus 301 zu drücken. Diese Bewegung ist in 32 mit zwei Pfeilen gekennzeichnet und kann durch ein Bauteil der Ladebuchse 20" realisiert werden.
Dies hat zur Folge, dass sich das Halteelement 302 radial nach innen bewegen kann, wobei es beispielsweise an einer Schräge der Haltevorrichtung 300 abgleitet. Die Haltevorrichtung 300 ist dementsprechend so ausgeführt, dass sie bei einer Bewegung in axialer Richtung den radialen Weg für das Halteelement 302 frei gibt. Das Halteelement ist hierfür beispielsweise unter Federkraft gelagert, so dass es radial nach innen gedrückt oder gezogen wird. Bei dem Halteelement 302 kann es sich beispielsweise um eine Kugel handeln (siehe Element 96 in 26). Dies ist jedoch nur beispielhaft zu verstehen, und andere Konstruktionen können ebenfalls sinnvoll sein. In jedem Fall greift das Halteelement 302 nun nicht mehr in die Halteaufnahme 304 der Abdeckung 12 ein. Die Abdeckung 12 kann daher nun teleskopisch in das Gehäuse 13 verschoben werden. In einer Ausführungsform der Erfindung wird der Ladestecker dazu in die Ladebuchse gezogen, wobei die Abdeckung 12 einen größeren Durchmesser hat als die Buchsenöffnung 241 oder ein dort angeordnetes Bauteil. Die Vorderkante der Abdeckung 12 stößt dann gegen die Ladebuchse 20", und wenn der Ladestecker in die Ladebuchse gezogen wird, wird die Abdeckung 12 automatisch zurückgeschoben. Dieser Vorgang ist schematisch anhand der 33 zu erläutern.
Der Ladestecker kann dabei auf verschiedene Arten in die Ladebuchse hinein geschoben oder gezogen werden. In der Ausführungsform der Figuren ist beispielhaft vorgesehen, dass die Haltevorrichtung 301 zweites Halteelement 303 aufweist, welches ebenfalls radial beweglich ausgeführt ist. In der in 31 gezeigten Situation liegt dieses Halterelement 303 frei. Es wird beispielsweise unter Federkraft radial nach außen gedrückt oder gezogen. Eine Transporteinrichtung 306 weist eine entsprechende Halteaufnahme 305 auf, in welche das Halteelement 303 radial hinein bewegt werden kann. Dies geschieht beispielsweise automatisch, wenn die Haltevorrichtung 300 gegen den Rückstellmechanismus 301 bewegt wird, wie es 31 zeigt. Dann drückt die Haltevorrichtung 300 das Halteelement 303 radial nach innen, wobei es ebenfalls an einer Schräge abgleitet (siehe 32). Alternativ können jegliche andere Konstruktionen sinnvoll sein. Das Halteelement 303 greift dann in die Halteaufnahme 305 ein.
Zieht die Transporteinrichtung 306 nun den Ladestecker in die Ladebuchse hinein, wie es durch einen Pfeil in 33 gekennzeichnet ist, erfolgt dies durch den Formschluss zwischen dem Halteelement 303 und der Halteaufnahme 305. Die Abdeckung 12 stößt dabei gegen den äußeren Rand der Buchsenöffnung und wird teleskopisch in das Gehäuse 13 verschoben, so dass die Kontakte 30,31 und 32 am Ende des Vorgangs so frei liegen, dass sie von entsprechenden Kontakten der Ladebuchse von außen kontaktiert werden können (nicht dargestellt).
Soll der Ladestecker nach dem Ladevorgang entfernt werden, kann dies erneut über die Transporteinrichtung 306 erfolgen, welche den Ladestecker nun in die entgegen gesetzte Richtung ausschiebt. Weist die Abdeckung 12 ebenfalls einen Rückstellmechanismus auf, schiebt sich die Abdeckung 12 dabei automatisch wieder über die Kontakte. Optional gibt es hierfür einen Klemmmechanismus, der an einer Lippe der Schutzhülse arretiert. Das ist in 35 zu sehen. Am Anfang der Buchse, die 2 (in Summe 3) Bauteile, die mechanisch aufgezogen werden können. Die Elemente sind radial mit Federn gelagert und haben in Einsteckrichtung ein Schräge, so dass diese beim Einstecken automatisch über die Schutzhülse rutschen und diese vor dem Herausziehen hindern.
Ist die Abdeckung 12 in ihre Ursprungslage zurückgekehrt, sorgt die Haltevorrichtung 300 dafür, dass sich das Halteelement 302 wieder radial nach außen bewegt, und in die Halteraufnahme 304 der Ladebuchse eingreift. Dies kann insbesondere durch den Rückstellmechanismus 301 bewirkt werden. So ist die Abdeckung 12 wieder wie in 31 gegen eine axiale Bewegung gesichert und der Ladestecker kann entfernt werden.
Die 34 bis 36 zeigen Ausführungsformen von Ladeelementen mit LuftÜberdrucksystemen, die aktiviert werden können, wenn kein Ladevorgang stattfindet. 37 zeigt den gesteckten Zustand.
34 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch einen Ladestecker mit einer im Wesentlichen zylindrischen Form. Im Inneren des Ladesteckers 210 ist eine Kühleinrichtung 230 angeordnet, die sich axial durch den Ladestecker 210 erstreckt, jedoch lediglich eine optionale Zusatzfunktion bereitstellt und mit einem gestrichelten Umriss angedeutet ist. Die wesentlichen Komponenten des Ladesteckers bilden mehrere, z.B. drei Kontaktringe 211 und ein Gehäuse 212. Die Kontaktringe 211 erstrecken sich koaxial um die Kühleinrichtung 230 herum und sind axial voneinander beabstandet. Sie haben außen liegende Kontaktflächen, von denen eine Kontaktfläche beispielhaft mit der Bezugsziffer 211' versehen ist. Ferner ist eine bewegliche Abdeckung 213 in Form eines Schutzrohrs vorgesehen, welche axial gegenüber den Kontaktringen 211 verschieblich ist. Dies ist durch einen Doppelpfeil dargestellt.
Der Ladestecker weist eine Luftzuführung 220 auf, welche bei Bedarf wenigstens einen Druckluftstrom 221 erzeugt, der so geleitet wird, dass er über die außen liegenden Kontaktflächen 211' der Kontaktringe 211 strömt. Dies erfolgt von der Kabelseite (rechts) zur Stirnseite 214 des Ladesteckers 210 hin. In 34 sind zwei solche Druckluftströme 221 dargestellt, aber über den Umfang des Ladesteckers sind vorzugsweise mehr als zwei Druckluftströme verteilt. Die Luftströme treten an der Stirnseite 214 des Ladesteckers 210 als Luftaustrittsströme 222 aus.
35 zeigt eine Ausführungsform einer Ladebuchse 240 mit einer hohlzylindrischen Buchsenaufnahme und mehreren innen liegenden Kontaktringen 242. Die Ladebuchse 240 weist an der Stirnseite eine Buchsenöffnung 241 auf, über welche ein Ladestecker in das Innere der Buchse einführbar ist. Die Ladebuchse weist eine Luftzuführung 220 auf, die beispielsweise durch mehrere Luftschläuche oder -rohre gebildet ist. Die Luftzuführung 220 speist ein Luftverteilelement 224, welches mehrere Druckluftströme erzeugt, von denen ein Druckluftstrom exemplarisch mit der Bezugsziffer 221 gekennzeichnet ist. Diese Druckluftströme 221 strömen an den innen liegenden Kontaktflächen der Kontaktringe 242 entlang und treten als Luftaustrittsströme 222 aus der stirnseitigen Buchsenöffnung 241 aus. Das Luftverteilelement 224 ist beispielsweise ein ringförmiger Hohlkörper mit mehreren Austrittsöffnungen 223, durch welche Druckluft austritt.
36 zeigt eine Ausführungsform einer Ladebuchse 240', die ähnlich wie in der Ausführungsform der 35 ausgebildet ist. Die Luftzuführung 220 erzeugt jedoch keine Druckluftströme, welche innen an den Kontaktringen 242 entlangströmen, sondern die Luftzuführung umgeht diesen Innenbereich und erzeugt erst im Bereich der Buchsenöffnung 241 mehrere Druckluftströme 221, die dann als Luftaustrittsströme 222 aus der Öffnung 241 austreten. Dies kann alternativ zu einer Lösung wie in der 35 vorgesehen sein oder zusätzlich.
Vorteilhaft ist diese Form der Luftführung insbesondere dann, wenn Ladestecker und Ladebuchse miteinander verbunden sind, wie es schematisch in 37 gezeigt ist. Dann nimmt die Buchsenaufnahme der Ladebuchse 240 den Ladestecker 210 auf und ihre jeweiligen ringförmigen Kontakte 211 und 242 sind elektrisch miteinander kontaktiert. Im Bereich der Buchsenöffnung werden dann weiterhin Druckluftströme 221 erzeugt, um zu verhindern, dass schädliche Stoffe in die gesteckte Verbindung eintreten und die Kontaktstellen negativ beeinflussen.
35 zeigt ferner im Bereich der Buchsenöffnung einer Ladebuchse eine mögliche Rückzugseinrichtung 500, welche dazu genutzt werden kann, eine Abdeckung 12 nach dem Ladevorgang wieder über die Kontakte zu bewegen. Dies ist auch in der Ansicht der 38 gezeigt. Diese Vorrichtung dient dem automatischen Rückzug der Schutzhülse, wenn der Stecker aus der Buchse gezogen wird. Diese Rückzugseinrichtung 500 wird beispielsweise durch drei Backen gebildet, die über den Umfang der Abdeckung verteilt sind. Diese Backen können mechanisch radial bewegt werden. Die Backen sind radial gegen Federn gelagert und haben in Einsteckrichtung ein Schräge, so dass diese Elemente beim Einstecken des Steckers automatisch radial nach außen gedrückt werden, über die Schutzhülse rutschen und garantieren, dass die Schutzhülse beim Herausziehen des Steckers wieder nach vorne gezogen wird. Dies wird z.B. dadurch realisiert, dass die Abdeckung an der vorderen Kante eine Durchmesservergrößerung aufweist (siehe auch 31), über welche sich die Backen der Rückzugseinrichtung 500 gegen die Federkraft hinweg bewegen und in einer anschließenden Senke gehalten sind. Bewegt sich der Stecker nach dem Ladevorgang wieder aus der Ladebuchse heraus, ziehen die Backen die Abdeckung 12 an der Durchmesservergrößerung mit sich. Am Ende bewegen sie sich wieder über die Durchmesservergrößerung zurück in ihre Ausgangsstellung (optional durch einen Motor).
Bezugszeichenliste

10, 10', 10'': Ladestecker
11: Steckkörper
12: Abdeckung, Schutzrohr
13: Gehäuse
14: Hohlraum
15,15': Griff
20, 20', 20'': Ladebuchse
21: Buchsenkörper
22: Kniehebelspanner
30, 31, 32, 33, 34: Kontaktbahn Ladestecker, Kontaktring
35: Steuerkontakt
40: Innengewinde
41: Außengewinde
50, 51, 52, 53, 54: Kontaktfläche Ladebuchse, Kontaktring
50', 50'', 50''': Ringsegment
55: Steuerkontakt
56, 57, 58: Isolator
59: Anschluss
60: Ladekabel
61, 62: Einzelleitung
63, 64: Anschlussleitung Ladebuchse
65: Schutzleiter
66: Wärmeübertragungshülse
67, 68: Anschlussleitung Ladestecker
69: Kabelmantel
70: Kühlkanal
71: Anschlussadapter
72, 72': Kühleinsatz
73, 73': Dichtplatte
74, 74': Kühlrohr
75: Abwinkelung
75': Klemmkonus
76: Dichtfläche
77: Leitungsdurchführung
77': Verteilsystem
77'': Kühlmittelaustrittsöffnung
78: Kühlmittelzulauf
79: Kühlmittelrücklauf
80: Kühleinrichtung
81: Kühlmedium
82, 83: Ventilmittel
84: Kühlkanal Ladestecker
85: Rücklauf Fahrzeug
86: Vorlauf Fahrzeug
87: Dichtkonus
88: Dichtfläche
89: Steuerelement
90: Motor
91: Spannkontakt
92: Spannrichtung
93: Schelle
94: Spindelantrieb
95: Arretiereinsatz
96: Arretierelement
97: Aufnahme
98: Motor
99, 99': Gewindestange
100: Energiespeicher Fahrzeug
101: Verbindungsleitung
102: Steuereinheit Fahrzeug
103: Kommunikationsverbindung
104: Kühlleitung
210: Ladestecker
211: Elektrischer Kontakt Ladestecker, Kontaktring
211': Kontaktfläche
212: Gehäuse
213: Abdeckung
214: Stirnseite Ladestecker
220: Luftzuführung
221: Druckluftstrom
222: Luftaustrittsstrom
223: Austrittsöffnung
224: Luftverteilelement
230: Kühleinrichtung
240, 240': Ladebuchse
241: Buchsenöffnung
242: Elektrischer Kontakt Ladebuchse, Kontaktring
300: Haltevorrichtung
301: Rückstellelement
302, 303: Halteelement
304, 305: Halteaufnahme
306: Transporteinrichtung
400: Leitungsdurchführung, Lochplatte
401: Dichtraum
402: Kühlmittelführrohr
500: Rückzugseinrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015100347 A1 [0004]

Claims

Ladestecker (10) zum Übertragen eines Ladestroms an ein elektrisch betreibbares Fahrzeug, aufweisend mehrere Kontaktelemente zur elektrischen Kontaktierung des Ladesteckers (10) mit Kontaktelementen einer Ladebuchse (20), wobei der Ladestecker (10) einen kegel- oder zylinderförmigen Steckkörper (11) aufweist, auf dessen Außenseite in axialer Richtung beabstandet mehrere ringförmig um den Steckkörper (11) verlaufende Kontaktbahnen (30;31;32;33;34) ausgebildet sind, welche durch Kontaktringe gebildet sind.
Ladestecker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich an der Stirnseite des Ladesteckers (10) wenigstens ein ringförmiger Steuerkontakt (35) befindet, insbesondere mehrere konzentrisch angeordnete Steuerkontakte.
Ladestecker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich im Inneren des Ladesteckers (10) eine Kühleinrichtung mit Ventilmitteln (82) axial erstreckt, wobei die Kühleinrichtung eine Wärmeübertragungshülse (66) aufweist, welche die Ventilmittel (82) der Kühleinrichtung koaxial umgibt, wodurch sich zwischen der Wärmeübertragungshülse (66) und den Ventilmitteln (82) ein umlaufender Kühlkanal (84) bildet, welcher von Kühlmittel durchströmbar ist.
Ladestecker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilmittel (82) ausgestaltet sind, ein Kühlmittel aus einem Kühlmittelzulauf (78) in den Kühlkanal (84) zu leiten.
Ladestecker nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktringe (30;31;32) die Wärmeübertragungshülse (66) koaxial umschließen, wobei zwischen den Kontaktringen (30;31;32) und der Wärmeübertragungshülse (66) ein thermisch leitender Kontakt besteht, insbesondere eine Presspassung.
Ladestecker nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilmittel (82) der Kühleinrichtung ausgestaltet sind, ein Kühlmittel aus einem Kühlmittelzulauf (78) in einen Anschlussadapter (71) zum Anschluss des Ladesteckers (10) an einen Kühlkreislauf eines Fahrzeugs zu führen.
Ladestecker nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussadapter (71) einen zentralen Vorlauf (86) und einen den Vorlauf (86) koaxial umgebenden Rücklauf (85) aufweist.
Ladestecker nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Längsachse des Vorlaufs (86) parallel zur Längsachse des Kühlmittelzulaufs (78) erstreckt, insbesondere sind die beiden Längsachsen identisch, während sich die Längsachse des Rücklaufs (85) parallel zur Längsachse des Kühlkanals (84) in der Wärmeübertragungshülse (66) erstreckt, insbesondere sind die beiden Längsachsen identisch.
Ladestecker nach einem der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilmittel (82) der Kühleinrichtung ausgestaltet sind, den Rücklauf (85) des Anschlussadapters (71) in Fluidverbindung mit dem Kühlkanal (84) innerhalb der Wärmeübertragungshülse (88) zu bringen.
Ladestecker nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilmittel (82) ausgestaltet sind, das Kühlmittel durch den Kühlkanal (84) zurück in einen Kühlmittelrücklauf (79) zu führen, welcher Kühlmittel aus dem Ladestecker (10) abführt.
Ladestecker nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Dichtplatte (73) mit einer zentralen Öffnung aufweist, welche in Fluidverbindung mit einem Kühlmittelzulauf (78) und einem Kühlmittelrücklauf (79) steht, wobei die Dichtplatte (73) dichtend in den Querschnitt des Kabelmantels (69) eines Ladekabels (60) eingebracht ist, welches an den Ladestecker (10) angeschlossen ist.
Ladestecker nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelrücklauf (79) den Kühlmittelzulauf (78) koaxial umgibt.
Ladestecker nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Öffnung der Dichtplatte (73) von mehreren Leitungsdurchführungen (77) umgeben ist, durch welche elektrische Anschlussleitungen des Ladesteckers (10) dichtend in das Ladekabel (60) hindurchgeführt sind.
Ladebuchse (20) zur Aufnahme eines Ladesteckers (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, in welche der Ladestecker (10) zur Herstellung eines elektrischen Kontakts zwischen Kontaktelementen des Ladesteckers (10) und Kontaktelementen der Ladebuchse (20) formschlüssig einbringbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladebuchse (20) einen hohlen Buchsenkörper (21) aufweist, in den der Steckkörper (11) des Ladesteckers (10) koaxial einbringbar ist, wobei auf der Innenseite des Buchsenkörpers (21) ringförmig in dem Buchsenkörper (21) verlaufende Kontaktflächen (50;51;52;53;54) vorgesehen sind, die in axialer Richtung zueinander beabstandet und als Kontaktringe ausgebildet sind.
Ladebuchse nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Kontaktring (50;51;52;53;54) durch wenigstens zwei Ringsegmente (50';50";50") gebildet ist, die in einem Kreis zu einem Kontaktring angeordnet sind.
Ladebuchse nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Spannmechanismus aufweist, der ansteuerbar ist, die Ringsegmente (50';50";50") eines Kontaktrings (50;51;52;53;54) radial nach innen oder außen zu bewegen.
Ladebuchse nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringsegmente (50'; 50''; 50'') wenigstens teilweise von einer Schelle (93) umgeben sind, welche durch den Spannmechanismus aufgeweitet und zugezogen werden kann.
Ladebuchse nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass an der Bodenseite des Buchsenkörpers (21) wenigstens ein ringförmiger Steuerkontakt (55) angeordnet ist, vorzugsweise mehrere konzentrisch angeordnete Steuerkontakte.
Ladebuchse nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass an der Bodenseite des Buchsenkörpers (21) ein Anschluss (59) zur Verbindung mit einer Kühleinrichtung eines Ladesteckers (10) angeordnet ist.
Ladestecker-Ladebuchsen-System, aufweisend einen Ladestecker (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 und eine Ladebuchse (20) nach einem der Ansprüche 14 bis 19.
Ladestecker-Ladebuchsen-System nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladestecker (10) wenigstens ein Arretiermittel zur axialen Festlegung des Ladesteckers (10) in dem Buchsenkörper (21) der Ladebuchse (20) aufweist.
Ladestecker-Ladebuchsen-System nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Arretiermittel ein ansteuerbares Arretierelement (96) aufweist, welches radial verschieblich am Ladestecker (10) gelagert ist und bei radialer Bewegung nach außen in eine Aufnahme der Ladebuchse (20) eingreift.
Ladestecker-Ladebuchsen-System nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ladestecker (210) und/oder eine Ladebuchse (240) jeweils ein Ladeelement bilden, wobei das Ladelement mit einem Luft-Überdrucksystem versehen ist, welches eine Luftzuführung (220) aufweist, durch welche Luft unter Überdruck durch wenigstens einen zu schützenden Bereich des Ladeelementes führt, wodurch wenigstens ein Druckluftstrom (221) durch den zu schützenden Bereich strömt.
Ladeelement nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche wenigstens eines elektrischen Kontaktelementes (211) des Ladeelementes in dem zu schützenden Bereich liegt und wenigstens teilweise von dem Druckluftstrom (221) umströmt wird.
Ladestecker-Ladebuchsen-System nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass die stirnseitige Öffnung (214;241) des Ladeelementes in dem zu schützenden Bereich liegt und von dem Druckluftstrom (221) durchströmt wird.
Ladestecker-Ladebuchsen-System nach einem oder mehreren der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Ladeelement eine Ladebuchse (240) mit einer hohlen Buchsenaufnahme zur Aufnahme des Ladesteckers (210) ist, und der Druckluftstrom (221) der stirnseitigen Öffnung (241) der Ladebuchse (240) zugeführt wird, ohne die Buchsenaufnahme zu durchströmen.
Ladestecker-Ladebuchsen-System nach einem oder mehreren der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftzuführung (220) ein Luftverteilsystem (223) aufweist, welches zur Erzeugung mehrerer Druckluftströme (221) ausgebildet ist.
Ladestecker-Ladebuchsen-System nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftverteilsystem (223) ein Hohlkörper mit mehreren Austrittsöffnungen (224) ist, durch welche jeweils ein Druckluftstrom (221) austritt, insbesondere einen ringförmigen Hohlkörper.
Ladestecker-Ladebuchsensystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 23 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Steuereinheit aufweist, welche dazu ausgebildet ist, das Luft-Überdrucksystem wenigstens eines Ladeelementes (210;240) zu aktivieren, bevor das Ladelement für einen elektrischen Ladevorgang mit einem anderen Ladeelement verbunden wird.
Ladestecker-Ladebuchsensystem nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, das Luft-Überdrucksystem wenigstens eines Ladeelementes (210;240) während des elektrischen Ladevorgangs aktiviert zu halten.
Ladestecker-Ladebuchsensystem nach Anspruch 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, das Luft-Überdrucksystem wenigstens eines Ladeelementes (210;240) so anzusteuern, dass sich der Überdruck des Druckluftstroms (221) beim Ladevorgang bei verbundenen Ladeelementen (210;240) vom Überdruck des Druckluftstroms (221) bei unverbundenen Ladeelementen (210;240) unterscheidet, dass er insbesondere geringer ist.
Ladestecker-Ladebuchsensystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 29 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladebuchse (240) gemäß Anspruch 26 ausgebildet ist, und die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, das Luft-Überdrucksystem so anzusteuern, dass der Druckluftstrom (221) der stirnseitigen Öffnung (241) der Ladebuchse (240) zugeführt wird, ohne die Buchsenaufnahme zu durchströmen.
Ladestecker-Ladebuchsensystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 29 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, das Luft-Überdrucksystem zu aktivieren, bevor oder nachdem eine mechanische Abdeckung an dem Ladeelement (210;240) entfernt wurde.