Positioniereinheit für eine Ladestation und Verfahren zur Kontaktierung Die Erfindung betrifft eine Positioniereinheit und ein Verfahren zur
Ausbildung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen einer statio nären Ladestation und einem Fahrzeug, insbesondere Elektrobus oder dergleichen, wobei mittels der Positioniereinheit ein elektrischer Lade kontakt der Positioniereinheit relativ zu einer Ladekontaktfläche beweg- bar und mit dieser kontaktierbar ist, wobei die Positioniereinheit eine Positioniervorrichtung und eine Antriebvorrichtung zum Antrieb der Positioniervorrichtung aufweist, wobei der Ladekontakt mittels der Positioniervorrichtung zwischen einer Kontaktposition zur Stromübertra gung und einer Einfahrposition zur Stromunterbrechung positionierbar ist, wobei die Antriebvorrichtung einen Verstellantrieb zur Ausbildung einer auf die Positioniervorrichtung wirkenden Verstellkraft und eine mit dem Verstellantrieb mechanisch zusammenwirkende Federeinrichtung aufweist, wobei die Federeinrichtung zumindest eine Kontaktfeder umfasst, wobei von dem Verstellantrieb und der Kontaktfeder eine Kontaktkraft auf die Ladekontaktfläche ausbildbar ist.
Derartige Positioniereinheiten und Verfahren sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden regelmäßig bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen eingesetzt. Diese Fahrzeuge können Elektrobusse, aber auch prinzipiell andere Fahrzeuge, wie beispielsweise ein Zug oder eine Straßenbahn, sein, die nicht permanent elektrisch mit einem Fahrdraht oder Ähnlichem verbunden sind. Bei diesen Fahrzeugen erfolgt eine Aufladung eines elektrischen Energiespeichers, bei einer Fahrtunterbre chung an einer Haltestelle oder einem Fahrzeugdepot, durch eine Ladestation. Das Fahrzeug wird in dem Fahrzeugdepot mit der Ladestation elektrisch verbunden, wobei der Energiespeicher des Fahrzeugs, bei spielsweise über Nacht, aufgeladen wird.
Zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen dem Fahrzeug und der Ladestation wird eine Kontaktvorrichtung eingesetzt, die an der Positioniereinheit oberhalb des Fahrzeugs an einem Abstell platz des Fahrzeugs im Fahrzeugdepot montiert bzw. positioniert ist. Ein Ladekontakt der Kontaktvorrichtung wird dann mittels der Positionie reinheit in Richtung einer Ladekontaktfläche auf einem Dach des Fahr zeugs bewegt und eine elektrische Verbindung hergestellt. Beispielswei se kann eine Kontaktvorrichtung über zumindest vier Ladekontakte verfügen, wobei dann regelmäßig zwei Ladekontakte zur Energieübertra gung, ein Ladekontakt als Erdungsleiter, und ein weiterer Ladekontakt zur Datenübertragung dienen kann. Wesentlich bei einer Zusammenfüh rung von Ladekontakten mit den jeweiligen Ladekontaktflächen des Fahrzeugs ist, dass der Ladekontakt mit einer ausreichenden aber auch nicht zu großen Kontaktkraft auf die Ladekontaktfläche gedrückt wird, um eine sichere elektrische Verbindung ausbilden zu können. Eine derartige Positioniereinheit ist beispielsweise aus der DE 10 2015 217 380 Al bekannt.
In bereits bestehenden Fahrzeugdepots werden bei einer Umrüstung einer Fahrzeugflotte auf Elektrofahrzeuge entsprechende Ladestationen in Hallen oder einem Außengelände des Fahrzeugdepots oberhalb von
Stellplätzen und Fahrwegen von Fahrzeugen eingerichtet. Hierzu werden auch Positioniereinheiten, wie sie beispielsweise an Masten von Halte stellen eingesetzt werden, verwendet. Da es sich bei den Einrichtungen des Fahrzeugdepots um eine bestehende Infrastruktur bzw. Gebäude handelt, können die an Haltestellen verwendeten Positioniereinheiten nicht ohne Weiteres, beispielsweise in einer Halle, genutzt werden. So kann eine Deckenhöhe für eine Montage einer Positioniereinheit nicht ausreichend hoch sein oder die Positioniereinheit muss weit unterhalb einer Decke angebracht werden. Gleichzeitig sind die für den Einsatz an einer Haltestelle ausgelegten Positioniereinheiten robust gegenüber Umwelteinflüssen ausgelegt und damit vergleichsweise schwer, was die Herstellungskosten der Positioniereinheit erhöht. Weiter sind die be kannten Positioniereinheiten vergleichsweise groß konstruiert, da an einem Mast einer Haltestelle ausreichend Platz zur Verfügung steht, was in einer Halle aufgrund von beispielsweise vorhandenen Unterzügen oder Versorgungsleiten im Deckenbereich nachteilig ist.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Positioniereinheit und ein Verfahren zur Ausbildung einer elektrisch leitenden Verbindung zwi schen einer stationären Ladestation an einem Fahrzeug vorzuschlagen, die bzw. das eine Aufladung eines Fahrzeugs in einem Fahrzeugdepot flexibel und kostengünstig ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch eine Positioniereinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 19 gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Positioniereinheit zur Ausbildung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen einer stationären Ladestation und einem Fahrzeug, insbesondere Elektrobus oder dergleichen, ist mittels der Positioniereinheit ein elektrischer Ladekontakt der Positio niereinheit relativ zu einer Ladekontaktfläche bewegbar und mit dieser kontaktierbar, wobei die Positioniereinheit eine Positioniervorrichtung und eine Antriebsvorrichtung zum Antrieb der Positioniervorrichtung
aufweist, wobei der Ladekontakt mittels der Positioniervorrichtung zwischen einer Kontaktposition zur Stromübertragung und einer Einfahr position zur Stromunterbrechung positionierbar ist, wobei die An triebvorrichtung einen Verstellantrieb zur Ausbildung einer auf die Positioniervorrichtung wirkenden Verstellkraft und eine mit dem Ver stellantrieb mechanisch zusammenwirkende Federeinrichtung aufweist, wobei die Federeinrichtung zumindest eine Kontaktfeder umfasst, wobei von dem Verstellantrieb und der Kontaktfeder eine Kontaktkraft auf die Ladekontaktfläche ausbildbar ist, wobei die Positioniervorrichtung ein Festlager, ein am Festlager in einer vertikalen Verstellrichtung linear bewegbar angeordnetes oberes Segment, und ein am oberen Segment in der vertikalen Verstellrichtung linear bewegbar angeordnetes unteres Segment umfasst, wobei die Kontaktfeder an das Festlager und das obere Segment gekoppelt ist, wobei das obere Segment relativ zum unteren Segment mittels des Verstellantriebs bewegbar ist.
Die Positioniereinheit ist demnach Bestandteil einer stationären Ladesta tion für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug und dient dazu, den elektrischen Ladekontakt bzw. die Ladekontakte auf jeweils eine Lade- kontalctfläche des Fahrzeugs, die auf einem Fahrzeugdach angeordnet ist, zu bewegen und mit dieser elektrisch zu kontaktieren. So ist es dann möglich das Fahrzeug in beispielsweise einem Fahrzeugdepot mit elektrischer Energie zu versorgen und diese im Fahrzeug zu speichern. Die Bewegung des bzw. der Ladekontakte auf die jeweilige Ladekontakt fläche wird mit der Positioniereinheit ausgeführt, die oberhalb des Fahrzeugs an einer Trägerstruktur oder Deckenstruktur einer Flalle angeordnet ist. Der Ladekontakt bzw. die Ladekontakte sind dazu an einem unteren Ende der Positioniereinheit angeordnet und können von einer oberen Einfahrposition in eine untere Kontaktposition zur Strom übertragung bzw. Kontaktierung der Ladekontaktflächen bewegt werden. In der Kontaktposition wird dabei eine definierte Kontaktkraft auf die jeweiligen Ladekontaktflächen ausgeübt.
Die Bewegung des Ladekontakts bzw. der Ladekontakte erfolgt mit der Positioniervorrichtung, die mit einem Verstellantrieb der Antriebvorrich tung betätigbar ist. Der Verstellantrieb bewirkt auf die Positioniervor richtung eine Verstellkraft, wobei der Verstellantrieb mit der Federein richtung zusammenwirkt, so dass die Kontaktkraft von dem Verstellan trieb und der Kontaktfeder der Federeinrichtung auf die Ladekontaktflä che ausgebildet wird.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Positioniervorrichtung ein Festlager, welches unbewegbar an einer Trägerstruktur oder Decken struktur montierbar ist und ein am Festlager angeordnetes oberes Seg ment, welches an dem Festlager in einer vertikalen Verstellrichtung linear bewegbar ist, aufweist. Weiter ist an dem oberen Segment ein unteres Segment der Positioniervorrichtung angeordnet, welches an dem oberen Segment ebenfalls in der vertikalen Verstellrichtung linear bewegbar ist. Das untere Segment ist demnach an das obere Segment und das obere Segment an das Festlager gekoppelt und in Art einer Teles kopführung zwischen der Einfahrposition und der Kontaktposition bewegbar. Weiter ist die Kontaktfeder an das Festlager und das obere Segment gekoppelt und das obere Segment kann relativ zum unteren Segment mittels des Verstellantriebs bewegt werden. Eine Bewegung des unteren Segments durch den Verstellantrieb relativ zu dem oberen Segment bewirkt dann eine Bewegung des unteren Segments in Richtung der Kontaktposition oder der Einfahrposition und damit eine entspre chende Bewegung des Ladekontakts.
Liegt der Ladekontakt auf der Ladekontaktfläche auf, kann eine weiter gehende Bewegung des Stellantriebs aufgrund der Kontaktfeder zwischen dem Festlager und dem oberen Segment in die Ausbildung der Kontakt kraft umgewandelt werden. Das obere Segment bewegt sich dann relativ zum Festlager, wenn sich das untere Segment durch die Anlage des Ladekontakts an der Ladekontaktfläche nicht mehr bewegen kann. Ein Einfahren des Ladekontakts in die Einfahrposition mit der Positionie-
reinheit erfolgt entsprechend umgekehrt. Eine derart ausgebildete Positi oniereinheit ist besonders einfach herzustellen und ist im Vergleich zu Positioniereinheiten mit Gelenkarmen vergleichsweise kompakt. Gleich wohl kann entsprechend einer beliebig ausbildbaren Länge vom oberen Segment und unteren Segment ein entsprechender Abstand zwischen Einfahrposition und Kontaktposition überbrückt werden, so dass die Positioniereinheit leicht für unterschiedlichste Höhen von Fahrzeugen und Trägerstrukturen bzw. Dachstrukturen ausgebildet werden kann. Aufgrund der kompakten Gestalt der Positioniereinheit kann diese dann auch flexibel an einer Dachstruktur angeordnet werden, ohne dass ein Umbau der Dachstruktur erforderlich wäre. Insgesamt ist die Positionie reinheit daher neben ihrer kostengünstigen Herstellung auch ohne großen Aufwand in einem Fahrzeugdepot vorteilhaft nutzbar.
Der Verstellantrieb kann an das obere Segment und das untere Segment gekoppelt sein, derart, dass das obere Segment relativ zu dem unteren Segment mittels der Verstellkraft bewegbar ist. Die Verstellkraft kann folglich zwischen dem oberen Segment und dem unteren Segment ausge bildet werden, so dass eine Relativbewegung vom oberen Segment zum unteren Segment bewirkt wird. Zur Ausbildung der Verstellkraft zwi- sehen dem oberen Segment und unterem Segment kann der Verstellan trieb fest an dem oberen Segment oder dem unteren Segment angeordnet sein. Eine Anordnung des Verstellantriebs örtlich entfernt von dem oberen Segment und dem unteren Segment ist ebenfalls möglich, sofern der Verstellantrieb direkt an das obere Segment und das untere Segment, beispielsweise über Betätigungselemente gekoppelt ist.
Der Verstellantrieb und die Kontaktfeder können in einer mechanischen Reihenschaltung miteinander gekoppelt sein, derart, dass von dem Verstellantrieb und der Kontaktfeder die Kontaktkraft auf die Ladekon taktfläche ausbildbar ist. Durch die mechanische Reihenschaltung von Verstellantrieb und Kontaktfeder kann die Positioniervorrichtung durch die Verstellkraft des Verstellantriebs bewegt werden und bei einer
Kontaktierung der Ladekontaktfläche mit dem Ladekontakt die Verstell kraft weiter erhöht werden. Die weiter erhöhte Verstellkraft wird dann von der mit dem Verstellantrieb verbundenen Kontaktfeder gespeichert und als Kontaktkraft auf die Positioniervorrichtung bzw. die Ladekon taktfläche übertragen. Die Erhöhung der Verstellkraft wird somit nicht zu einer weitergehenden Bewegung der Positioniervorrichtung in Rich tung der Ladekontaktfläche, sondern zu einer Ausbildung bzw. Erhöhung der Kontaktkraft auf die Ladekontaktfläche genutzt. Auch kann je nach einem Eigengewicht der Segmente und der Ladekontakte bzw. einem Eigengewicht der am Festlager angeordneten Bauteile zunächst mit der Kontaktfeder das Eigengewicht zumindest teilweise kompensiert werden. Bei einer Kontaktierung der Ladekontaktfläche mit dem Ladekontakt ist die Kontaktfeder dann zunächst durch das Eigengewicht gespannt bzw. speichert Federkraft. Die weiter erhöhte Verstellkraft ergibt sich dann aus dem Eigengewicht und der Entlastung der mit dem Verstellantrieb verbundenen Kontaktfeder, wobei das Eigengewicht als Kontaktkraft auf die Positioniervorrichtung bzw. die Ladekontaktfläche übertragen wird. Auch hier wird die Erhöhung der Verstellkraft somit nicht zu einer weitergehenden Bewegung der Positioniervorrichtung in Richtung der Ladekontaktfläche, sondern zu einer Ausbildung bzw. Erhöhung der Kontaktkraft auf die Ladekontaktfläche genutzt. Somit wird es möglich, unabhängig von einer Höhe der Ladekontaktfläche über einer Fahrbahn bzw. von einem Relativabstand von der Ladekontaktfläche und dem Ladekontakt in einer Einfahrposition des Ladekontakts eine im Wesentli chen stets gleich hohe Kontaktkraft auf die Ladekontaktfläche auszubil den.
Die Kontaktfeder kann an das Festlager und das obere Segment gekop pelt sein. Das Festlager ist dann definitionsgemäß relativ zu weiteren Lagern der Positioniervorrichtung und der Antriebvorrichtung nicht bewegbar. Das obere Segment, kann dann über die Kontaktfeder direkt mit dem Festlager verbunden sein.
Die Kontaktfeder kann eine Zugfeder und/oder eine Druckfeder sein. Prinzipiell ist jede Art von Feder geeignet, die eine Ausbildung einer Federkraft bzw. Zugkraft oder Druckkraft zwischen dem Festlager und dem oberen Segment ermöglicht, wenn diese relativ zueinander bewegt werden. Neben einer einzigen Kontaktfeder können auch mehrere Kon taktfedern vorgesehen sein, die die Federeinrichtung ausbilden.
Das Festlager und das obere Segment können mit einer oberen Linearfüh rung verbunden sein, wobei das obere Segment und das untere Segment mit einer unteren Linearführung verbunden sein können. Eine Linearfüh rung kann besonders einfach durch zwei formschlüssig miteinander verbundene Führungselemente ausgebildet werden, die relativ zueinander in einer Achse verschoben werden können.
Die Positioniervorrichtung kann zumindest ein weiteres Segment aufwei sen, welches das obere Segment mit dem unteren Segment verbindet und relativ zu dem oberen Segment und dem unteren Segment in der vertika len Verstellrichtung frei linear bewegbar ist. Die Positioniervorrichtung kann prinzipiell eine Vielzahl von derartigen Segmenten aufweisen, die in einer Reihenanordnung miteinander verbunden sind. Durch diese Art der Verbindung der Segmente wird es möglich, je nach Anzahl und Länge der jeweiligen Segmente, die Positioniervorrichtung in der Ein fahrposition auf einen kleinen Raum mit geringer Bauhöhe zusammenzu schieben.
Die Positioniereinheit wird besonders kostengünstig ausbildbar, wenn das Festlager und die Segmente aus relativ zueinander koaxial angeord neten Profilen ausgebildet sind. Die Abmessungen der jeweiligen Profile können so ausgewählt sein, dass die Profile ineinandergesteckt bzw. relativ zueinander ineinander geschoben werden können. Wenn die Profile Hohlprofile sind, kann eine Innenfläche eines Hohlprofils dann auch an einer Außenfläche eines Hohlprofils so anliegen, dass zwischen beiden Hohlprofilen eine Teleskopführung ausgebildet ist. Gleichwohl kann ein Abstand zwischen den Hohlprofilen so groß sein, dass zwischen
den Hohlprofilen ein Spalt ausgebildet ist. In dem Spalt kann dann eigens eine Linearführung zur Verschiebung der Hohlprofile relativ zueinander angeordnet sein. Die Hohlprofile können einen quadratischen, rechteckigen oder auch runden Querschnitt aufweisen. Anstelle von Holprofilen können auch Vollprofile, wie beispielsweise Stangen oder Platten, verwendet werden.
Das Profil des Festlagers kann ein Gehäuse der Positioniervorrichtung ausbilden, innerhalb dessen die Segmente aufnehmbar sind. Auch kann vorgesehen sein, dass das Profil des Festlagers den vergleichsweise größten Querschnitt aller Profile aufweist. Eine Länge der übrigen Profile kann dann so bemessen sein, dass diese im Wesentlichen inner halb des so ausgebildeten Gehäuses der Positioniervorrichtung aufge nommen werden können. Umgekehrt ist es auch möglich, dass das Profil des unteren Segments das Gehäuse der Positioniervorrichtung ausbildet.
Das obere Segment kann an dem Festlager und/oder das untere Segment an dem oberen Segment relativ zu einer in der vertikalen Verstellrich tung verlaufenden Hochachse um einen Winkel a von > 0° bis 5° kippbar sein. Insbesondere kann vorgesehen sein, das Festlager und/oder die Segmente derart miteinander zu verbinden, dass auch eine horizontale Relativbewegung möglich ist. Sofern eine Linearführung zur Ausbildung der vertikalen Relativbewegung von Festlager und Segmenten ausgebil det ist, kann die Linearführung mit einem entsprechenden Spiel ausge bildet werden, oder die Linearführung selbst kann in dem Winkel a schwenkbar ausgebildet sein. Die Möglichkeit, zumindest das untere Segment in dem Winkel a zu verschwenken kann zum Ausgleich von kleinen Bewegungen bzw. Schwankungen des Fahrzeugs unterhalb der Positioniereinheit genutzt werden, beispielsweise bei einem Ein- und Aussteigen von Personen oder Be- und Entladen des Fahrzeugs.
Der Verstellantrieb kann einen Positionssensor oder Wegsensor mit dem ein Federweg der Kontaktfeder bestimmbar ist, und/oder einen Krafts ensor, mit dem die Kontaktkraft bestimmbar ist, aufweisen. Durch die
Begrenzung des Federwegs der Kontaktfeder und/oder den einen Krafts ensor kann eine auf die Ladekontaktfläche wirkende Kontaktkraft be grenzt werden. Die Begrenzung kann dadurch erfolgen, dass der Verstel lantrieb bei Erreichen eines bestimmten Federwegs oder einer gemesse nen Kraft abgeschaltet wird. Eine Beschädigung der Positioniereinheit oder der Ladekontaktfläche kann so einfach verhindert werden.
Der Verstellantrieb kann eine Regeleinrichtung und einen Elektromotor oder einen pneumatischen Antrieb aufweisen, der mittels der Regelein richtung ansteuerbar ist. Weiter kann der Verstellantrieb eine Pufferbat terie aufweisen, die im Falle eines Stromausfalls oder anderer Fehlfunk tionen dann aufgrund einer Notstromversorgung durch die Pufferbatterie ein automatisiertes Einfahren der Positioniervorrichtung in einer Ein fahrposition gewährleistet. Die Pufferbatterie kann im Verstellantrieb integriert sein. Anstelle des Elektromotors oder des pneumatischen Antriebs können auch andere geeignete Antriebe vorgesehen sein.
Der Elektromotor kann ein Linearmotor, vorzugsweise ein Spindeltrieb sein, wobei der Elektromotor fest an dem oberen Segment oder dem unteren Segment angeordnet sein kann. Optional kann auch vorgesehen sein den Spindeltrieb, je nach Steigung der Spindel, selbsthemmend auszubilden. Die Positioniervorrichtung kann dann leicht in eine ge wünschte Position bewegt und ohne weitere Hilfsmittel fixiert werden. Der Linearantrieb kann auch einen Wegsensor aufweisen, mit dem ein Bewegungsbereich der Positioniervorrichtung begrenzt werden kann. Als Wegsensor kann beispielsweise ein Inkrementalwertgeber oder ein Absolutwertgeber verwendet werden. Es ist dann auch möglich immer eine genaue Arbeitsposition des Linearantriebs zu bestimmen.
Der Verstellantrieb kann so ausgebildet sein, dass ein Drehmoment des Elektromotors von der Regeleinrichtung erfassbar ist, wobei die Kon taktraft von der Regeleinrichtung in Abhängigkeit des Drehmoments des Elektromotors regelbar sein kann. Die Regeleinrichtung kann aus einer Regelelektronik für den Elektromotor gebildet sein. Dabei kann vorgese-
hen sein, dass die Regelelektronik direkt in den Elektromotor integriert ist. Die Regeleinrichtung kann ein Drehmoment des Elektromotors über beispielsweise die aufgewendete Energie erfassen und den Elektromotor so regeln, dass die definierte Kontaktkraft von dem Elektromotor über die Positioniervorrichtung und den Ladekontakt auf die Ladekontaktflä che ausgebildet wird. Es ist dann möglich, eine unmittelbare Kraftwir kung auf die Positioniervorrichtung und gegebenenfalls auf den Lade kontakt, optional auch in Abhängigkeit von verschiedenen Einflussfakto ren, aktiv anzupassen. Somit wird es möglich, unabhängig von einem Relativabstand von Ladekontaktfläche und Positioniereinheit bzw. einer Höhe des Fahrzeugs eine stets gleich hohe Kontaktkraft auf die Ladekontaktfläche auszubilden.
Die Positioniereinheit kann einen Halterahmen zur Befestigung der Positioniervorrichtung oberhalb eines Fahrzeugs aufweisen, wobei das Festlager an dem Halterahmen angeordnet sein kann. Der Halterahmen kann so ausgebildet sein, dass dieser an einem Mast oder einer Decken struktur eines Gebäudes leicht befestigt werden kann. Die Kontaktfeder der Federeinrichtung kann daher prinzipiell auch mit dem Halterahmen verbunden sein.
Das Festlager kann an dem Halterahmen in der vertikalen Verstellrich tung einstellbar befestigbar sein. Wenn das Festlager beispielsweise aus einem in vertikaler Richtung verlaufenden Hohlprofil ausgebildet ist, kann der Halterahmen das Festlager umgeben. Je nach Art einer Befesti gung des Festlagers an dem Halterahmen kann die Einstellung einer Höhe des Festlagers über einer Fahrbahn, und damit beispielsweise eine Anpassung an eine Deckenhöhe, leicht ermöglicht werden. In einer besonders einfachen Ausführungsform kann der Halterahmen auch mit dem Festlager fest verschweißt oder verschraubt sein. Wenn das Festla ger im Wesentlichen an einer Oberseite des Halterahmens angeordnet ist, kann das Festlager, und damit auch ein überwiegender Teil der Positio niereinheit in einer Decke verborgen werden.
Die Positioniereinheit kann eine Kontaktvorrichtung mit zwei Ladekon taktträgern mit zumindest zwei daran angeordneten Ladekontakten aufweisen, wobei die Ladekontakte über ein Parallelgestänge der Kon taktvorrichtung mit zwei parallel angeordneten Verbindungsstangen und mit zwei parallel angeordneten Trägerstangen miteinander verbunden sein können, wobei die Trägerstangen jeweils in einer von zwei paralle len Bewegungsebenen über voneinander beabstandete Verbindungsgelen ke mit den Verbindungsstangen verbunden sein können und mit den Verbindungsstangen ein Parallelogramm ausbilden können. Mit einer derartigen Positioniereinheit können zumindest vier Ladekontakte auf jeweils einer Ladekontaktfläche eines Fahrzeugs bewegt und mit dieser elektrisch kontaktiert werden. Weiter ist es möglich die Kontaktkraft auf die jeweiligen Ladekontaktflächen gleichmäßig zu verteilen bzw. auszu bilden. Die Kontaktvorrichtung kann so an dem unteren Segment ange ordnet sein, dass die Kontaktvorrichtung im Wesentlichen mittig gehal tert ist. Das Parallelgestänge kann aus vergleichsweise langen Verbin dungsstangen und kurzen Trägerstangen, die vertikal angeordnet und über die Verbindungsgelenke mit den Verbindungsstangen verbunden sind, ausgebildet sein. Die Verbindungsstangen können so relativ zu einer Horizontalebene geneigt werden, wobei die Trägerstangen stets vertikal innerhalb der beiden parallelen Bewegungsebenen angeordnet sein können. Wenn die Verbindungsgelenke koaxial zu den Trägergelen ken angeordnet sind, ergibt sich stets eine gleichmäßige Kraftverteilung von einer auf die Kontaktvorrichtung zentral ausgeübten Kontaktkraft auf die beiden Trägerstangen unabhängig von einer Neigung der Verbin dungsstangen.
Die Verbindungsstangen können in einer parallel und zentrisch zu den Bewegungsebenen verlaufenden Trägerebene über zwei voneinander beabstandete Trägergelenke mit dem unteren Segment der Kontaktvor richtung verbunden sein, wobei die Ladekontaktträger jeweils über ein Drehgelenk mit der Trägerstange verbunden sein können, wobei die Drehgelenke relativ zu den Verbindungsgelenken orthogonal angeordnet
sein können, wobei die Ladekontaktträger jeweils die Ladekontakte relativ zu der Drehachse koaxial haltern können. Die Ladekontaktträger können jeweils an den Trägerstangen über das Drehgelenk angeordnet sein. Da die Ladekontakte am jeweiligen Ladekontaktträger relativ zu dem Drehgelenk ebenfalls koaxial angeordnet sind, kann über die Trä gerstangen bzw. das Drehgelenk die Kontaktkraft anteilig auf die jeweils beiden am Ladekontaktträger angeordneten Ladekontakte verteilt werden. Wenn die Drehgelenke relativ zu den Verbindungsgelenken orthogonal angeordnet sind, ist es möglich die Ladekontakte an einer Quer- und Längsneigung eines Fahrzeugs in ihrer Höhe relativ zum Fahrzeug anzupassen und gleichzeitig eine sichere Kontaktierung der jeweiligen Ladekontaktflächen des Fahrzeugs mit jeweils einer im Wesentlichen gleich großen anteiligen Kontaktkraft mit einfachen Mitteln zu erzielen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ausbildung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen einer stationären Ladestation und einem Fahrzeug, insbesondere Elektrobus oder dergleichen, wird mittels einer Positioniereinheit ein elektrischer Ladekontakt der Positioniereinheit relativ zu einer Ladekontaktfläche bewegt und mit dieser kontaktiert, wobei eine Positioniervorrichtung der Positioniereinheit von einer Antriebvorrichtung der Positioniereinheit angetrieben wird, wobei der Ladekontakt mittels der Positioniervorrichtung zwischen einer Kontakt position zur Stromübertragung und einer Einfahrposition zur Stromun terbrechung positioniert wird, wobei mittels eines Verstellantriebs der Antriebvorrichtung eine Verstellkraft ausgebildet wird, die auf die Positioniervorrichtung wirkt, und wobei eine Federeinrichtung der Antriebvorrichtung mit dem Verstellantrieb mechanisch zusammenwirkt, wobei von dem Verstellantrieb und zumindest einer Kontaktfeder der Federeinrichtung eine Kontaktkraft auf die Ladekontaktfläche ausgebil det wird, wobei ein oberes Segment der Positioniervorrichtung an einem Festlager der Positioniervorrichtung in einer vertikalen Verstellrichtung linear bewegt wird, und ein unteres Segment der Positioniervorrichtung am oberen Segment in der vertikalen Verstellrichtung linear bewegt
wird, wobei die Kontaktfeder an das Festlager und das obere Segment gekoppelt ist, wobei das obere Segment relativ zum unteren Segment mittels des Verstellantriebs bewegt wird. Hinsichtlich der Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf die Vorteilsbeschreibung der erfindungsgemäßen Positioniereinheit verwiesen.
Eine Bewegung der Positioniervorrichtung von der Einfahrposition zu der Kontaktposition kann folgende Schritte umfassen: a. Bewegung des unteren Segments und des daran angeordneten elektrischen Ladekontakts mittels des Verstellantriebs nach unten und relativ zu dem oberen Segment, wobei das obere Segment an einem Anschlag der Positioniervorrichtung aufliegen kann; b. Anhalten des unteren Segments in der Kontaktposition durch An legen des elektrischen Ladekontakts an der Ladekontaktfläche; c. Bewegen des oberen Segments nach oben und relativ zu dem unte ren Segment und dem Festlager durch Weiterbetreiben des Verstel lantriebs; d. und gleichzeitiges Ausbilden der Kontaktkraft durch Spannen oder Entspannen der mit dem oberen Segment und dem Festlager ge koppelten Kontaktfeder. Das obere Segment kann an dem Anschlag infolge einer mit der Feder richtung bewirkten Federkraft und/oder einem Eigengewicht der am Festlager angeordneten Bauteile aufliegen. Nachdem mittels des Verstel lantriebs der Ladekontakt so weit nach unten ausgefahren wurde, dass der Ladekontakt an der Ladekontaktfläche zur Anlage gelangt, wird eine Bewegung des unteren Segments gestoppt, obwohl der Verstellantrieb kontinuierlich weiterbetrieben wird. Eine Bewegung des Verstellant- triebs wird dann auf das obere Segment übertragen, welches nach oben hin verschoben wird. Da die Kontaktfeder zwischen dem oberen Segment und dem Festlager angeordnet ist, wird durch die Relativbewegung vom oberen Segment und Festlager das obere Segment von dem Anschlag abgehoben und, je nachdem ob es sich bei der Kontaktfeder um eine
Zugfeder oder Druckfeder handelt, entgegen einer Federkraft der Kon taktfeder gedrückt oder in Richtung einer gespeicherten Federkraft der Kontaktfeder bewegt. Die Kontaktfeder bewirkt dann ihrerseits die Ausbildung der Kontaktkraft auf die Ladekontaktfläche, entweder durch das Eigengewicht der am Festlager angeordneten Bauteile und eine
Erhöhung der Federkraft oder durch das Eigengewicht der am Festlager angeordneten Bauteile und eine Veringerung der Federkraft. Mit dem Weiterbetreiben des Verstellantriebs wird die Kontaktkraft weiter erhöht, bis der Verstellantrieb, beispielsweise mittels eines Endlagenschalters, abgeschaltet wird. Eine Bewegung des Ladekontakts bzw. der Positio niervorrichtung in die Einfahrposition erfolgt in umgekehrter Reihenfol ge·
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens ergeben sich aus den Merkmalsbeschreibungen der auf den Vorrichtungsanspruch 1 rück- bezogenen Unteransprüche.
Nachfolgend werden eine bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungs form einer Positioniereinheit in einer ersten Arbeitspositi on;
Fig. 2 die Positioniereinheit in einer zweiten Arbeitsposition;
Fig. 3 die Positioniereinheit in einer dritten Arbeitsposition;
Fig. 4a eine zweite Ausführungsform einer Positioniereinheit in einer ersten Arbeitsposition;
Fig. 4b die Positioniereinheit in einer zweiten Arbeitsposition;
Fig. 4c die Positioniereinheit in einer dritten Arbeitsposition;
Fig. 4d die Positioniereinheit in einer vierten Arbeitsposition.
Die Fig. 1 bis 3 zeigen eine Positioniereinheit 10 zur Ausbildung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen einer hier nicht weiter dargestellten stationären Ladestation und einem unterhalb der Positioniereinheit, ebenfalls nicht dargestellten Fahrzeug, insbesondere Elektrobus oder dergleichen. Mit der Positioniereinheit 10 können vier elektrische Ladekontakte 11 der Positioniereinheit 10 relativ zu hier nicht darge stellten Ladekontaktflächen auf einem Dach des Fahrzeugs bewegt und mit diesen kontaktiert werden. Die Positioniereinheit 10 umfasst eine Positioniervorrichtung 12 und eine Antriebvorrichtung 13 zum Antrieb der Positioniervorrichtung 12. Dabei werden die Ladekontakte 1 1 mittels der Positioniervorrichtung 12 zwischen einer in Fig. 2 und 3 dargestellten Kontaktposition zur Stromübertragung und einer in Fig. 1 dargestell ten Einfahrposition zur Stromunterbrechung positioniert. Die Ladekon takte 11 sind Bestandteil einer Kontaktvorrichtung 14, die an der Positi oniervorrichtung 12 angeordnet ist.
Die Antriebvorrichtung 13 weist einen hier nicht näher dargestellten Verstellantrieb zur Ausbildung einer auf die Positioniervorrichtung 12 wirkenden Verstellkraft und eine mit dem Verstellantrieb mechanisch zusammenwirkende Federeinrichtung 15 auf. Die Federeinrichtung 15 umfasst Kontaktfedern 16, wobei von dem Verstellantrieb und den Kontaktfedern 16 eine Kontaktkraft auf die jeweiligen Ladekontaktflä chen ausbildbar ist. Weiter umfasst die Positioniervorrichtung 12 ein Festlager 17, ein am Festlager in einer vertikalen Verstellrichtung linear bewegbar angeordnetes oberes Segment 18, und ein am oberen Segment 18 in der vertikalen Verstellrichtung linear bewegbar angeordnetes unteres Segment 19 auf. Das Festlager 17, das obere Segment 18 und das untere Segment 19 sind jeweils aus Profilen 20, 21 bzw. 22 ausgebildet. An einem unteren Ende 23 des Profils 22 des unteren Segments 19 ist die Kontaktvorrichtung 14 befestigt. Das Festlager 17 ausbildende Profil 20 ist an einem Flalterahmen 24 der Positioniereinheit 10 befestigt. Der
Halterahmen 24 kann an einer hier nicht näher dargestellten Decken struktur eines Gebäudes, wie beispielsweise einer Halle eines Fahrzeug depots, befestigt werden. Weiter bildet das Profil 17 ein Gehäuse 25 der Positioniervorrichtung 12 aus, innerhalb dem, die Profile 21 und 22 in der Einfahrposition aufgenommen werden können.
Zwischen dem Profil 20 und dem Profil 21 des oberen Segments 18 ist eine Linearführung 26 angeordnet, so dass das Profil 20 relativ zu dem Profil 21 in der vertikalen Verstellrichtung leicht bewegbar ist. Weiter ist zwischen dem Profil 21 des oberen Segments und dem Profil 22 des unteren Segments 19 eine Linearführung 27 ausgebildet, dadurch, dass das Profil 22 das Profil 21 umgibt und an diesem längsbeweglich ver schiebbar anliegt. Die Kontaktfedern 16 sind an das Profil 20 des Festla gers und das obere Segment 18 gekoppelt und durch Zug-/Druckfedern 28 ausgebildet.
Die Kontaktvorrichtung 14 weist zwei Ladekontaktträger 29 auf, an deren distalen Enden 30 Kontaktleisten 31 befestigt sind, die die Lade kontakte 11 ausbilden. Die im Wesentlichen bogenförmig oder O-förmig ausgebildeten Ladekontaktträger 29 sind mit einem Parallelgestänge 32 der Kontaktvorrichtung 14, ausgebildet aus Verbindungsstangen 33 und vertikal angeordneten Trägerstangen 34, verbunden. Die Verbindungs stangen 33 sind mit den Trägerstangen 34 über Verbindungsgelenke 35 bewegbar verbunden, wobei die Ladekontaktträger 29 jeweils über ein Drehgelenk 36 mit der Trägerstange 34 bewegbar verbunden sind. Weiter verbinden Trägergelenke 37 das untere Segment 19 mit den Verbin dungsstangen 33 bewegbar.
Eine Zusammenschau der Fig. 4a bis 4d zeigt eine Positioniereinheit 38 ohne eine Kontaktvorrichtung in verschiedenen Arbeitspositionen. Die Positioniereinheit 38 ist hier mit einem Halterahmen 39, einem daran angeordneten Festlager 40 sowie einem oberen Segment 41 , einem weiteren Segment 42 und einem unteren Segment 43 ausgebildet. Das obere Segment 41 , das weitere Segment 42 und das untere Segment 43
sind in Art eines Teleskops miteinander verbunden und bewegbar. Weiter ist eine Federeinrichtung 44 mit einer Kontaktfeder 45 vorgesehen, wobei die Kontaktfeder 45 das mit dem Festlager 40 und dem oberen Segment 41 gekoppelt ist. Ein hier nicht sichtbar dargestellter Verstell antrieb ist innerhalb der Segmente 41, 42 und 43 angeordnet und bewirkt eine Relativbewegung des oberen Segments 41 zu dem unteren Segment 43, wobei das weitere Segment 42 je nach Verstelllänge des Verstellan triebs ebenfalls mitbewegt wird.
In der Fig. 4a ist zunächst eine Einfahrposition der entsprechend ausge bildeten Positioniervorrichtung 46 der Positioniereinheit 38 dargestellt.
In der Einfahrposition liegt das obere Segment 41 an einem Anschlag 47 an dem Festlager 40 auf. Durch Betreiben des Verstellantriebs wird zumindest das untere Segment 43 aus dem oberen Segment 41 herausbe wegt und nach unten hin entsprechend der Darstellung in Fig. 4b abge senkt. Gemäß der Darstellung in Fig. 4c trifft das untere Segment 43 bzw. die hier nicht dargestellte Kontaktvorrichtung auf ein Widerlager 48, welches eine hier ebenfalls nicht dargestellte Ladekontaktvorrichtung auf einem Dach eines Fahrzeugs sein kann. Durch ein Weiterbetreiben des Verstellantriebs wird zumindest das untere Segment 43 noch weiter aus dem oberen Segment 41 herausbewegt, wobei aufgrund des Widerla gers 48 eine Bewegung des oberen Segments 41 nach oben hin erfolgt. Das obere Segment 41 wird somit von dem Anschlag 47 abgehoben und die Kontaktfeder 45 gespannt oder entlastet, je nachdem welche Art einer Kontaktfeder, Zugfeder oder Druckfeder, verwendet wird. Eine Feder kraft der Kontaktfeder 45 bewirkt eine Kontaktkraft auf die hier nicht dargestellte Ladekontaktfläche. Die Positioniervorrichtung 38 befindet sich somit in einer Kontaktposition. Ein Wechsel von der Kontaktpositi on zur Einfahrposition kann in umgekehrter Reihenfolge erfolgen.