EP4244094A1 - Charging device and method for electrically charging an electric vehicle - Google Patents

Charging device and method for electrically charging an electric vehicle

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Publication number
EP4244094A1
EP4244094A1 EP21806960.7A EP21806960A EP4244094A1 EP 4244094 A1 EP4244094 A1 EP 4244094A1 EP 21806960 A EP21806960 A EP 21806960A EP 4244094 A1 EP4244094 A1 EP 4244094A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
coupling element
opening
cover
charging
electric vehicle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21806960.7A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Christian FLECHL
Robert Mascher
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Volterio GmbH
Original Assignee
Volterio GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Volterio GmbH filed Critical Volterio GmbH
Publication of EP4244094A1 publication Critical patent/EP4244094A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/14Conductive energy transfer
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/30Constructional details of charging stations
    • B60L53/35Means for automatic or assisted adjustment of the relative position of charging devices and vehicles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60L53/16Connectors, e.g. plugs or sockets, specially adapted for charging electric vehicles
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Definitions

  • the invention relates to a charging device for electrically charging an electric vehicle, the charging device having a first coupling element which can be connected to a second coupling element arranged on the electric vehicle in order to establish an electrical connection.
  • the invention also relates to a method for electrically charging an electric vehicle, in which the electric vehicle is positioned on a charging device for electrically charging a battery in the electric vehicle in order to connect a first coupling element of the charging device to a second coupling element arranged on the electric vehicle in order to transfer electrical energy via the Transfer coupling elements to the accumulator.
  • Charging devices are known from the prior art, in which a coupling element of a charging device is automatically connected to a corresponding coupling element of an electric vehicle in order to transmit electrical energy via the coupling elements.
  • the object of the invention is to specify a charging device of the type mentioned at the outset, which is designed to be robust and less susceptible to contamination.
  • Another goal is to specify a method for electrical charging of the type mentioned at the outset, with which electrical charging can be carried out in a robust manner and with little susceptibility to contamination.
  • the charging device has a base that can be lowered at least partially, preferably essentially completely, into a floor and a movement device which connects the first coupling element to the base so that it can be moved in a controllable manner relative to the base, wherein the base has a through-opening and a cover, such as a lid, closing the through-opening, so that in an operational state the first coupling element can be moved with the moving device from a non-loading position sunk into the ground through the through-opening when the cover is open, to the first To lead coupling element to take a loading position or to load the second coupling element.
  • the background to the invention is the idea of positioning a charging device or integrating it into an environment in such a way that the charging device poses as few restrictions as possible on the use of the environment and at the same time an electric charging of an electric vehicle carried out with the charging device is protected and preferably at a distance from a user he follows.
  • a charging device can have a minor negative impact on the environment if the charging device is arranged sunk in a floor or subsurface, for example the floor of a parking lot.
  • the base of the charging device can be arranged or is arranged at least partially, preferably completely, sunk into the ground. It is expedient here if the base defines a waiting area in which the first coupling element and in particular the movement device are arranged in a non-loading position of the coupling element. As a result, they are particularly protected from external stresses, in particular dirt.
  • the base can be formed, for example, with or as a hollow body, for example a hollow cylinder or tube.
  • the charging device or the base has a through-opening and a cover closing the through-opening, the possibility is created in a simple manner, when the through-opening is open, to move the first coupling element with the movement device to take the loading position of the first coupling element through the through-opening to a position above the charging device or through-opening positioned second coupling element of an electric vehicle to connect the coupling elements to each other for electrical energy transmission via this, and in a non-loading state when the first coupling element is positioned in the non-loading position to close the through-opening with the cover.
  • the first coupling element and, in particular, the movement device in Non-charged state specially protected against dirt or loads from the environment.
  • the cover is usually designed as a lid or closure.
  • the cover like the lid, can be designed with a heating device and/or be connected to a heating device, so that the cover can be heated, particularly in winter. This prevents the cover from freezing and keeps the cover free from snow and ice.
  • the cover like the lid, may have a latch for a fully open condition. With this lock, the cover can be held open mechanically. If a motor or drive is provided for opening the cover, permanent energization for keeping the cover open can be omitted.
  • the lock can be mechanically coupled to the movement device, in particular so that the lock is activated or deactivated when certain desired positions of the movement device and/or the first coupling element are reached.
  • the charging device is preferably designed in such a way that the through-opening or the cover when in use, in which the charging device is arranged in a floor or subsurface, is essentially at the height of a floor level of the floor or subsurface or is flush with it when not charging is.
  • the charging device or the cover can be driven over by an electric vehicle and/or an electric vehicle can be parked over the charging device or cover. It is often sufficient if the cover in a closed state, when it closes the passage opening, protrudes a maximum of 75 mm, in particular a maximum of 70 mm, preferably a maximum of 40 mm, in particular a maximum of 30 mm, above the floor level or the floor area of the floor.
  • an electric vehicle can be positioned above the charging device without there generally being a risk of an underbody of the electric vehicle accidentally contacting or sitting on the cover.
  • the above preferably also applies to an open state of the cover when the cover is moved away from the through-opening to open it.
  • State of use of the charging device usually refers to a state in which the base of the charging device is at least partially, in particular completely, sunk into a Ground or underground is arranged to charge an electric vehicle from the ground or underground electrically.
  • This can be expediently implemented by guiding the first coupling element with the movement device from the non-loading position in a feed-through direction through the through-opening to a loading position.
  • the lead-through direction is mostly aligned in a direction orthogonal to an opening surface of the through hole.
  • the cover is designed so that it can be driven over by an electric vehicle, for example an electric car or electric truck, or can bear its weight.
  • the cover can expediently be designed to bear a weight of at least 1000 kg, in particular 3000 kg, preferably more than 10000 kg.
  • the cover can be formed, for example, with or from a metal alloy, in particular an iron alloy, preferably a steel alloy.
  • a controllable cover drive is usually present for moving the cover to open or close the passage opening.
  • the first coupling element with the movement device can be moved relative to the base along a plurality of, usually three, movement axes that are preferably aligned at right angles to one another, in particular independently of one another, in order to assume the loading position.
  • the first coupling element can be guided to the second coupling element in a practical manner.
  • the movement device can have several, for example three, independently controllable drives, each drive controlling a movement along one of the movement axes. It is favorable if the movement device has a parallel kinematic mechanism. The movement device usually forms a closed kinematic chain. As a result, a movement of the first coupling element with the movement device can be carried out very precisely and with little error-proneness.
  • the first coupling element with the movement device can be moved relative to the base only along a movement axis in order to assume the loading position.
  • This enables a particularly simple and/or compact design.
  • This can be beneficial if there is a very precise parking of an electric vehicle, for example as part of an autonomous control of the electric vehicle.
  • the cover then be very small, for example with a diameter between 7 cm and 20 cm.
  • the movement device has several arms that can be controlled separately from one another and which articulately engage the first coupling element at spaced-apart points of action on the first coupling element in order to move the first coupling element by shifting the points of action with the arms.
  • the arms are connected to the base, often in an articulated manner, by their respective arm ends opposite the points of application, or are mounted on it.
  • One of the points of application can be shifted with the respective arm, for example, by moving the arm as a whole and/or at least a partial segment of the arm.
  • the end of the arm opposite the associated point of application can be guided and displaceable relative to the base, for example with a guide component.
  • the guide components are usually arranged at regular intervals spaced apart from one another on the base or are designed as parts of this.
  • the guide components are generally designed to displace arm ends of the arms connected to them in the feed-through direction, in particular in a direction essentially orthogonal to an opening surface of the through-opening.
  • the opening surface usually refers to the clear surface or plane defined by an edge forming the through-opening, through which the first coupling element can be guided for passing through the through-opening. It has proven useful if at least three arms are present, each of which is connected to the base so that it can be displaced relative to the base via a guide component. Alternatively or cumulatively, the point of application can be shifted in that the arm is variable in length, for example telescopically variable in length.
  • the movement device can be formed with a delta robot, for example.
  • the movement device can be designed, for example, as a SCARA robot (“Selective Compliance Assembly Robot Arm”) or portal robot, in particular space portal robot.
  • SCARA robot Selective Compliance Assembly Robot Arm
  • portal robot in particular space portal robot.
  • the movement device or at least parts thereof are preferably not designed to be self-locking.
  • this can be achieved by appropriately selecting the spindle pitch and a motor-gear combination, so that the delta robot lowers itself if there is a power failure.
  • An independent lowering of the delta robot can also be supported by a spring force, in particular a vertically acting spring force, realized by a corresponding spring, and/or a weight of a cable and the first coupling element.
  • the cover will not close until the delta robot has sufficiently descended, which can be done without power if the cover is designed with a latch that releases when the delta robot reaches a predetermined height.
  • the movement device has a lifting device with which the first coupling element can be moved through the through-opening. This usually takes place in the feedthrough direction or in a direction essentially orthogonal to the opening surface of the through-opening.
  • the lifting device can be designed, for example, with a scissor lifting mechanism and/or a telescopic lifting mechanism. It is favorable if the movement device has a lateral movement system with which the first coupling element can be moved in a movement plane parallel to the opening area of the through-hole in at least two dimensions or coordinates, preferably separately from one another.
  • the lateral movement system has a linear guide with which the first coupling element can be moved, generally in a straight line, preferably in the plane of movement, with the linear guide being rotatable about a linear guide axis of rotation aligned orthogonally to the plane of movement.
  • a movement of the first coupling element in the plane of movement can thus be seen as corresponding to coordinates of a polar coordinate system.
  • a mechanism for such a movement can be designed to be very robust and error-free. It is expedient if the lifting device can be moved with the lateral movement system or vice versa.
  • the drive of the movement device can expediently be implemented hydraulically, pneumatically and/or electromechanically.
  • the movement device is designed to move the first coupling element laterally beyond an edge of the through-opening. This applies in particular when the first coupling element is guided through the through-opening in the feed-through direction in order to take the loading position. As a result, an inaccurate positioning of the second coupling element outside of a projection of the edge of the through-opening can be compensated to a large extent.
  • the first coupling element with the movement device has a traversable movement area with a diameter of at least 20 cm, in particular at least 30 cm, preferably at least 40 cm, in a movement plane parallel to the opening surface of the through-hole. This applies preferably when the first coupling element is in a state in which it is guided through the through-opening in the feed-through direction. It is expedient if the first coupling element with the movement device can be moved in the feed-through direction through the through-opening by at least 20 cm, in particular at least 30 cm, preferably at least 40 cm, beyond an edge of the through-opening or a floor level of the floor surface or such a height above this can take. In this way, even higher-ranking electric vehicles, such as electric trucks, can be electrically charged or contacted in a practical manner.
  • the first coupling element can be surrounded by a bellows. Apart from the first coupling element, the bellows can essentially completely cover the passage opening. This prevents entry of dirt, particles, snow, ice or other solids.
  • the drive of the movement device can be designed to be weaker, since it can be supported by the movement storage device at higher loads.
  • the movement memory can be implemented with one or more spring devices, the spring devices being deformable for storing kinetic energy and for Delivery of kinetic energy can be relaxed.
  • the motion storage device can be designed, for example, as a flywheel storage device or an electrical storage device, such as with one or more capacitors.
  • the base is formed with a hollow body, in which the first coupling element and preferably the movement device are arranged in the non-loading state.
  • the hollow body can be tubular or cup-shaped, for example. It goes without saying that the hollow body generally has openings, for example the through-opening and/or one or more cable feed openings for passing through electrical cables and/or water outlet openings for rainwater to drain away.
  • the hollow body usually has a polygonal, in particular rectangular or square, or round cross section.
  • the cover can be moved essentially parallel to an opening surface of the through-opening in order to open the through-opening. As a result, opening and closing can be carried out in a way that takes up little space.
  • the cover can be opened with a rotational movement, usually about a rotational axis parallel to an opening surface normal of the through-opening, or a linear movement, usually essentially parallel to the opening surface of the through-opening.
  • a rotational movement usually about a rotational axis parallel to an opening surface normal of the through-opening, or a linear movement, usually essentially parallel to the opening surface of the through-opening.
  • the cover can be rotated about an axis of rotation which is arranged eccentrically to the passage opening.
  • the axis of rotation is generally aligned parallel to an opening surface normal of the through-opening. It is favorable if the axis of rotation is positioned obliquely in front of a center point or
  • Center of gravity of the through-opening area is arranged.
  • space requirements or deflection of the cover when the cover is opened can be kept small.
  • a risk of the cover colliding with an electric vehicle to be charged, in particular its tires, when the cover is opened can be reduced as a result.
  • the axis of rotation is essentially at right angles to the longitudinal direction of the electric vehicle.
  • the axis of rotation is preferably arranged such that in a cross section through the axis of rotation, the axis of rotation a first reference line that intersects and runs through the center point or centroid of the area forms an angle of between 10° and 80°, in particular between 15° and 60°, preferably between 20° and 45°, with a second reference line, which is oriented in the longitudinal direction of the vehicle and leads through the center point or centroid of the area, forms. It is practicable if the axis of rotation is formed with a cover rod which is connected to the cover and which is connected to a cover rod guide so that it can rotate relative thereto, the cover being able to be set into rotational movement by rotating the cover rod.
  • the cover rod is usually rotatably mounted in the cover rod guide.
  • the cover rod can be set in rotary motion by turning the cover rod guide, the cover rod and the cover rod guide being connected by means of a static friction connection.
  • the cover bar and the cover bar guide can be mechanically decoupled, so that the static friction connection can be released if the cover is blocked.
  • a static friction coefficient of the static friction connection is expediently selected in such a way that the static friction connection is released or overcome when loaded with a predetermined force counteracting the rotational movement.
  • a static friction body arranged on the cover bar or cover bar guide is usually provided, the surface of which is used to rotate the cover while forming static friction against a surface of the cover bar guide or
  • the static friction connection is designed in such a way that the coefficient of static friction increases as the opening of the cover progresses.
  • a static friction connection can be implemented, for example, in that the static friction body has an inclined surface with which the static friction is produced, for example the static friction body is designed as a wedge element.
  • the cover rod guide can be designed, for example, as a guide tube or hollow cylinder, which is connected in a form-fitting manner to the rotating rod or into which the rotating rod is inserted in a form-fitting manner.
  • a linear movement of the cover can be implemented in that the cover is arranged in a guided, displaceable manner in one or more guide mounts, usually in a plane parallel to the through-opening surface.
  • the cover can be opened and closed simply by sliding the cover in a linear direction. This is favorable for high stability, especially with a very large and heavy cover.
  • a cover movement that is particularly dirt-resistant can be implemented if the cover can be lifted in the direction of passage of the through-opening to open the through-opening and can then be moved essentially parallel to the opening surface of the through-opening. As a result, when the cover is moved, it can be avoided that possible dirt is displaced by the cover movement or gets into the through-opening or base.
  • the cover is generally raised in a direction essentially orthogonal to the opening area of the through-opening. The displacement parallel to the opening surface can take place, for example, in accordance with a rotary movement and/or linear movement, in particular as mentioned above.
  • the cover is usually raised in such a way that there is at least one gap with a thickness of several millimeters, in particular at least 3 mm, often at least 5 mm, preferably with a thickness of between 3 mm and 5 mm, between the cover and a bearing surface on which the cover rests the passage opening closes, arises.
  • the bearing surface can be formed, for example, by the edge of the through-opening or the edge strip explained below. In this way, a low-friction movement of the cover, in particular parallel to the through-opening, can then take place, with the entry of dirt into the through-opening being avoidable.
  • the cover movement can be implemented, for example, by connecting the aforementioned cover bar and cover bar guide to a guide rail inserted in a form-fitting manner in a guide groove in order to control a relative movement between the cover bar and cover bar guide with the shape of the guide groove.
  • the cover bar guide can have the guide groove and the cover bar can have the guide rail or vice versa.
  • the guide groove can have a first guide groove section which causes the cover to be raised and a second guide groove section which causes the cover to rotate.
  • a mechanism for the cover in particular for a cover as a cover, can be designed with a link guide, so that the cover runs completely or at least substantially vertically upwards at the beginning of an opening process and then turns out to the side. This results in a fluid opening movement and, when closing, a closing movement.
  • a corresponding link guide can be provided, for example with a threaded nut and a spindle, which a motor driven directly or indirectly through a transmission means such as a belt.
  • a threaded nut is provided for a connecting link guide, this nut can have two bearings mounted opposite one another at an offset height. Each of these two camps then has its own track; if both bearings were at the same height, the paths to the guide would intersect.
  • the threaded nut is rigidly connected to the cover via a shaft. During the turning movement when opening the lid or the cover in general, the lid or the cover can gain a little more height or only twist horizontally without any increase in height (depending on the link track). It is advantageous if there is a corresponding counter-force (e.g. by a spiral spring) so that when the motor with a non-self-locking spindle is de-energized, the cover automatically closes slowly and then lowers again (provided the moving device is in place beforehand already fully retracted).
  • a high level of dirt resistance can be achieved if the base has an edge strip that can be extended relative to a substructure of the base, so that the edge strip in the extended state at least partially, preferably essentially completely, surrounds the through-opening in order to create a barrier against dirt penetrating into the through-opening when the cover is open to build.
  • the edge strip can usually be extended in the direction of passage of the through-opening, in particular in a direction orthogonal to the opening surface of the through-opening. As a rule, when the charging device is in use, the edge strip can be extended from a low position in relation to the floor level to a high position, in which position the edge strip usually protrudes beyond an adjacent surrounding area or floor area.
  • the edge strip is designed in such a way that, in the extended state, it protrudes beyond the edge of the passage opening and at least partially, preferably essentially completely, surrounds it in order to form a barrier against dirt penetrating into the passage opening when the cover is open. It is usually provided that the edge strip does not protrude beyond the through opening or its edge when the edge strip is not in the extended state.
  • a high level of application practicability can be achieved if the edge strip is designed in such a way that it can be extended when the cover is opened in the direction of passage of the through-hole in order to form a barrier against the ingress of dirt. It is expedient if the edge strip is spring-loaded, so that the edge strip is extended by spring force when the cover is opened.
  • the edge strip when the cover is closed, the edge strip can be retracted against the spring force, in particular due to a force exerted on the edge strip by the cover.
  • the edge strip When the through-opening is closed with the cover, the edge strip usually rests against the cover, generally on a side of the cover that faces the through-opening. If the cover is lifted to open the through-opening, an opening gap that arises between the edge of the through-opening and the cover can be compensated for up to a specific opening gap height of the opening gap with the edge strip.
  • a drive in particular an electric, hydraulic or pneumatic drive.
  • one or more such edge strips can be expedient.
  • it can be favorable if several edge strips are arranged parallel at least in sections and/or at least in sections enclosing and/or concentrically with one another in order to form a multiple barrier against dirt.
  • the edge strip in an extended state, extends beyond the edge of the through-opening or a level surrounding it or the ground level by at least 2 cm, in particular 3 cm, preferably 4 cm, particularly preferably 5 cm, usually between 2 cm and 10 cm overhangs. This creates an efficient barrier against dirt. This is of particular importance insofar as dirt can impede or prevent the intended closing of the cover and thus impair correct functioning of the charging device.
  • the edge strip can be formed with an extendable cylinder jacket. This is preferably designed in such a way that, in the extended state, it protrudes beyond the floor level, in particular in the aforementioned manner, and in particular encloses the opening passage or its edge. It is favorable if there is at least one sensor element for measuring an obstacle to an opening movement or closing movement of the cover. Such an obstacle can be present, for example, due to dirt, such as small stones or small branches. This can prevent jamming of such obstacles.
  • the sensor element can be designed as a pressure bar, for example, which detects a pressure force acting on the pressure bar, for example if an obstacle presses against the pressure bar.
  • the pressure bar is arranged laterally on the cover and/or on a side of the cover facing the through-opening.
  • the pressure bar can be arranged at least partially, in particular entirely, circumferentially around a centroid of the cover or at least partially, particularly entirely, circumferentially around the through-opening.
  • the pressure bar can be designed to be compressible, for example, with compression of the pressure bar being detected. This can be implemented with little error by detecting or measuring a capacitive change in distance between two detection surfaces of the pressure bar that are spaced apart from one another.
  • the sensor element can be implemented as a proximity sensor, for example based on electromagnetic or acoustic reflection.
  • the cover has one or more drainage guides on its underside, in order to drain away water that collects on the underside of the cover via the drainage guides.
  • the drainage guides are designed to drain water from a central area of the underside of the cover in the direction of an edge area of the cover. This can prevent water from dripping onto the first coupling element or the movement device located underneath.
  • the drainage guide is formed with one or more elevations, in particular edges, on a bottom surface of the cover in order to drain water along the elevations.
  • the first coupling element and/or the movement device is mounted on the base with a spring mechanism in order to compensate for a change in distance between the second coupling element and the base in an electrical charge state.
  • the spring mechanism can be formed with one or more spring elements. Dampening can expediently be present, which dampens mechanical oscillation of the spring mechanism.
  • the spring mechanism can be arranged, for example, between the coupling element and the movement device and/or between the movement device and the base, for example on the aforementioned arms and/or guide components of the movement device.
  • the spring mechanism is designed in such a way that the first coupling element has a deflection of between 30% and 70%, in particular approximately 50%, of the total spring travel. This applies preferably in the state of electrical charge when the first coupling element is connected to the second coupling element.
  • the movement device is designed in such a way that if its operating current or energy supply fails, the first coupling element is automatically moved back into the non-loading position.
  • This can be implemented in that the movement device is not designed to be self-locking, so that the first coupling element is moved back by an acting gravitational force.
  • an emergency energy store such as an accumulator, can be provided in order to make available the energy required to move the first coupling element back into the non-loading position.
  • the cover is designed in such a way that, if its operating current or energy supply fails, it is automatically moved back into a closed position in which the cover closes the passage opening.
  • a return spring can be present for this purpose, for example, which is elastically deformed when the cover is opened against a spring force of the return spring, so that the cover can be moved into the closed position by relaxing the return spring. It is expedient if, alternatively or cumulatively, the emergency energy store is designed to drive a closing of the passage opening with the cover.
  • a heating device is present in order to heat the cover, an edge area of the passage opening and/or the moving device for de-icing.
  • the heating device can practicably be formed with one or more heating wires.
  • a Heater accumulator and/or heater capacitor preferably in the form of a supercapacitor (“supercaps”) or ultracapacitor.
  • the first coupling element has a protective cover that can be opened, in particular in a controllable manner, and which covers the first coupling element at least in sections, preferably completely.
  • the protective cover is usually rigidly connected to the first coupling element.
  • the protective cover is preferably opened when a predetermined height is reached in the lead-through direction, for example when the protective cover or part of it is moved away.
  • the second coupling element has a protective cover that can be opened, in particular in a controllable manner, and which covers the second coupling element at least in sections, preferably completely.
  • This can be designed analogously to the aforementioned protective covering of the first coupling element. It goes without saying that the protective covering of the second coupling element or its design is usually independent of whether the first coupling element has a protective covering or how this is designed.
  • a protective cover which is designed in such a way that it extends from the first coupling element to at least the passage opening in the charging state.
  • the protective cover can preferably be designed to be reversibly extendable.
  • a section of the protective cover can expediently be connected to the first coupling element and can be moved with it.
  • the protective covers can be formed with a bellows.
  • the charging device can have one or more ultrasonic determination elements in the form of ultrasonic receivers and/or ultrasonic transmitters. It has proven itself when the charger has one or has a plurality of ultrasonic receivers in order to determine an ultrasonic signal emitted by an ultrasonic transmitter arranged on the electric vehicle or the second coupling element in order to determine the relative position.
  • the relative position is generally determined based on a transit time measurement of the ultrasonic signal between the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver.
  • one or more ultrasound determination elements are rigidly connected to the first coupling element.
  • one or more ultrasound determination elements in particular ultrasound transmitters, are usually rigidly connected to the second coupling element.
  • a relative position between the coupling elements for assuming the loading position of the first coupling element or during a movement of the first coupling element with the movement device to the second coupling element can be determined.
  • a plurality of ultrasound determination elements are arranged at a distance from one another, generally rigidly with respect to one another, in order to determine the relative position by means of triangulation.
  • the ultrasound determination elements can be arranged around the cover, in particular at regular distances from one another.
  • Ultrasonic receivers can be designed as MEMS components (Micro Electro Mechanical Systems components) for precise detection. It has proven successful when the ultrasonic receivers are implemented as microphones, in particular MEMS microphones. MEMS microphones are often sensitive to stress, which is why it is beneficial if they are protected with an additional cover component in a non-operational state. Alternatively or cumulatively, it can be favorable to use one or more ultrasonic determination elements that are not designed as MEMS components. Ultrasound determination elements of this type are particularly robust and, in particular, can be installed without an additional cover component. The ultrasonic determination element is then usually formed with a piezoelectric element arranged in a metal housing. As a rule, the ultrasonic detection element is implemented with a watertight encapsulated metal cylinder.
  • MEMS components Micro Electro Mechanical Systems components
  • the at least one ultrasonic determination element can be covered with an openable cover component.
  • the cover component can rotate and/or move the same or a part be openable from it. This is especially true in the case of MEMS microphones, as these are often sensitive to strain.
  • the covering component is formed with a plurality of covering component segments that can be displaced relative to one another, with covering of the ultrasonic determination element being able to be produced or removed by relative displacement of the covering component segments.
  • a high degree of robustness can be achieved if the covering component forms a dome enclosing the ultrasonic determination element, the dome being formed with a plurality of dome segments which can be displaced relative to one another.
  • one or more of the ultrasonic determination elements are arranged on an extension element that can be extended from an extension base, so that operation of the ultrasonic determination elements is possible when the extension element is in an extended state, and the ultrasonic determination elements are covered by the extension base in a retracted state of the extension element.
  • transmitters or sensors can be extended as required and are protected from dirt when retracted.
  • one or more ultrasonic determination elements can be arranged on a lateral surface of the cylinder or integrated into it.
  • One or more extension elements can expediently be present, in particular arranged on the base and/or on the first coupling element and/or on the cover.
  • the deployment base may be formed by or integrated into a portion of the base, the second docking element, or the cover. It is practical if the extension element can be extended vertically out of the extension base. It is favorable if the extension element is mounted spring-loaded on the extension base, so that the extension element can be pressed at least partially or completely into the extension base when a force is applied to it, for example if it is run over by an electric vehicle.
  • the charging device can have one or more UWB determination elements in the form of UWB receivers and/or UWB transmitters.
  • UWB Provisions in particular UWB receivers or UWB transmitters can be arranged in a manner analogous to the aforementioned ultrasonic determination elements, in particular ultrasonic transmitters or ultrasonic receivers, on the charging device or the electric vehicle or the first coupling element or the second coupling element.
  • a relative position is generally determined based on a propagation time measurement of a UWB radio signal transmitted between the UWB transmitter and the UWB receiver.
  • a UWB transmitter can be arranged on the first coupling element and a UWB receiver can be arranged on the second coupling element; reverse constellations are also possible.
  • UBW elements ie UWB transmitters or UWB receivers
  • UWB transmitters or UWB receivers may be arranged on the cover like a lid.
  • several double antennas can be arranged on the cover like a cover, in particular in a square.
  • the antennas may be encapsulated in a waterproof manner, for example by being coated with a plastic such as a resin or a silicone. Pronounced precision can be achieved if the UWB transmitter or UWB receiver is located in a central area of the respective coupling element in a cross section through the respective coupling element.
  • one of the coupling elements for example the first coupling element, has a magnetic sensor, in particular a Hall sensor
  • the other coupling element for example the second coupling element
  • has a magnet for example a permanent magnet or a coil that generates a magnetic field
  • the magnetic sensor is designed to detect a presence and/or a distance and/or an orientation to the magnet when the coupling elements come relatively close.
  • the Hall sensor is preferably designed as a 3D Hall sensor, so that in particular a three-dimensional vector of a magnetic flux density can be measured.
  • the magnetic sensor can also be arranged in the second coupling element and the magnet in the first coupling element, although an arrangement of the magnetic sensor in the first coupling element has proven to be more practicable.
  • the magnetic sensor it is possible for the magnetic sensor to be arranged on the moving device.
  • a number of such magnetic sensors in particular a number of Hall sensors, are provided. These can expediently be evaluated differentially to determine the relative position. In this way, influences from magnetic interference fields can be minimized.
  • two or more Hall sensors can be arranged on or installed in the first or second coupling element and signals from the Hall sensors can be evaluated differentially to determine the relative position between the coupling elements.
  • a relative position determination can be carried out using a camera in order to determine a relative position between the coupling elements using camera recordings.
  • high accuracy can be achieved with a combination of ultrasonic transmission or UWB radio signal transmission.
  • an infrared unit having one or more infrared proximity sensors can also be provided in order to determine a relative position between the coupling elements.
  • a charging system for electrically charging an electric vehicle comprising a charging device, in particular the aforementioned charging device, and a second coupling element that can be arranged on an electric vehicle, with the first coupling element and the second coupling element being able to be connected to one another in a form-fitting manner in order to establish an electrical connection.
  • a charging device in particular the aforementioned charging device
  • a second coupling element that can be arranged on an electric vehicle, with the first coupling element and the second coupling element being able to be connected to one another in a form-fitting manner in order to establish an electrical connection.
  • an electrical connection is established between the first coupling element and the second coupling element at least one first contact element of the first coupling element can be electrically contacted with at least one corresponding second contact element of the second coupling element, producing a press connection, the press connection taking place with deformation of a helical spring.
  • Press connection designates a reversible non-positive connection or friction connection. It is favorable if the helical spring is wound obliquely with respect to a center line through its coils. This allows a robust connection between the contact elements that is resistant to shocks to be produced.
  • the windings are usually oriented at an angle of between 20° and 70°, frequently between 30° and 60°, in particular between 40° and 50°, with respect to the center line through the windings.
  • the helical spring can be arranged on the first and/or second coupling element.
  • the coil spring is usually designed in such a way that the center line is shaped like a segment of a circle or a circle.
  • the center line is closed or circular, i. H. the helical spring then forms a circular spring.
  • High durability can be achieved if the coil spring is deformed at an angle, in particular orthogonally, to the center line.
  • the electrical connection can be implemented in a practical manner between a plurality of first contact elements and second contact elements that correspond to one another.
  • the first coupling element has at least one first contact element and a helical spring, preferably wound diagonally with respect to a center line through its windings, in order to connect the first contact element with a to make electrical contact with this corresponding second contact element of the second coupling element, producing a press connection formed by deformation of the helical spring.
  • the first and/or second coupling element can be designed in this way.
  • the helical spring is arranged in such a way that, when the coupling elements are in a connected state, it is arranged between the respective first contact element and the second contact element corresponding thereto, so that when electrical energy is transmitted between the contact elements, energy is transmitted via the helical spring.
  • multiple contact points can be produced with the spring both between the spring and the first contact element and between the spring and the second contact element, whereby a very even current distribution can be achieved through a precisely defined number of contact points, especially with a high degree of contamination. This is especially true when the coil spring is wound at an angle.
  • the at least one first contact element and/or the at least one second contact element is essentially circular, preferably annular, in a cross section through it and is surrounded by the helical spring or its center line.
  • the helical spring can be connected to the first contact element or second contact element in a form-fitting, force-fitting and/or cohesive manner. It is particularly favorable if the helical spring is arranged in a form-fitting manner on one of the contact elements, for example in a depression in the first or second contact element. It is usually provided that the helical spring protrudes from the recess in order to create a press connection with the respective other contact element.
  • Several such coil springs can also be provided, which are arranged on the first contact element and/or second contact element.
  • the respective coupling element has a plurality of circular, preferably annular, first or second contact elements in a cross section through it, with the contact elements being offset, in particular arranged concentrically with respect to one another, with one contact element, in particular the aforementioned one, for each corresponding contact element of the two coupling elements ,
  • Helical spring is present, the center line of which runs around at least one of the mutually corresponding contact elements in order to produce electrical contact between the corresponding contact elements, producing a press connection with the respective helical spring. This enables a secure and robust contacting between the contact elements, especially with consecutive multiple deformation.
  • first or second contact element for each phase on the first coupling element and/or second coupling element, with such a helical spring being present for each phase-same contact element and rotating in the aforementioned manner .
  • PE conductor grounding conductor
  • N conductor neutral conductor
  • first contact elements and second contact elements are each present for a plurality of phases, in particular for one phase, two phases or three phases, as well as for a neutral conductor and possibly a PE conductor.
  • first contact elements or second contact elements in particular configured as mentioned above, which correspond to one another for a positive line pole (DC+) and a negative line pole (DC-) and, if necessary, for a grounding conductor (PE conductor).
  • the helical springs are arranged either on the first coupling element or on the second coupling element or on the first contact elements or the second contact elements.
  • a simple and robust structure can be achieved if, in a contacting state, a plurality of coil springs are arranged concentrically with one another in a cross section through the coupling elements between the first contact elements and second contact elements.
  • the helical springs are designed with different diameters or circumferences and are spaced apart from one another around a common center point.
  • a plurality of helical springs or their center lines are arranged essentially in one plane. It is favorable for a high level of security if the helical spring which is assigned to a contact element of a protective conductor is arranged offset to other helical springs such that when the coupling elements are connected, first a press connection is made with the helical spring assigned to the protective conductor and then a press connection is made with the others Coil springs is implemented.
  • the coil spring of the protective conductor other coil springs of the same coupling element against a Connection direction of the coupling elements can be arranged upstream.
  • first coupling element and/or second coupling element can be formed in a cross section through it with such an arrangement of helical springs arranged concentrically to one another, which are arranged in one plane in particular in the aforementioned manner.
  • the respective coil springs can also be distributed over the two coupling elements.
  • the first contact elements and/or second contact elements can be formed with different thicknesses or cross-sectional areas.
  • one or more cooling devices for example cooling channels through which a coolant can flow, are present in order to cool the contact elements.
  • one of the coupling elements has a coupling plug and the other coupling element has at least one coupling receptacle that corresponds in shape to the coupling plug, in order to connect or contact the coupling elements with at least partial, preferably complete, insertion of the coupling plug into the coupling receptacle in a positive and/or non-positive manner .
  • the coupling elements are designed to be self-centering with respect to one another.
  • At least one outer surface of the coupling plug that comes into contact with the coupling receptacle is designed to correspond in shape to a guide surface of the coupling receptacle such that if the alignment of the coupling plug to the coupling receptacle is not completely aligned when they are connected, the coupling plug slides from the guide surface of the coupling receptacle into the intended contacting position is performed.
  • the outer surface and the guide surface are designed at least in sections as a surface of revolution with an axis of rotation in the direction of an insertion direction of the coupling plug, preferably at least in sections essentially conical, in particular as the lateral surface of a cone or truncated cone. It is usually provided that the outer surface is designed to taper axially in the direction of insertion.
  • the coupling receptacle generally has a corresponding shape in order to at least partially insert the coupling plug into the coupling receptacle. It is preferred if the coupling plug independent of rotation with respect to an insertion axis in the coupling receptacle can be inserted into the latter.
  • the first and/or second coupling element has electrical signal contacts for the transmission of control signals between the coupling elements in the contacting state of the coupling elements.
  • electrical signal contacts can be designed as part of a CAN bus system and/or LIN bus system.
  • the electrical signal contacts can, for example, be spring-loaded, in particular formed with spring pins.
  • the first coupling element is mounted in a direction orthogonal to a contacting direction in which the first coupling element can be contacted with the second coupling element, counter to a spring force exerted by one or more centering springs.
  • the centering spring can be implemented, for example, with a spring sheet metal element, in particular a spring sheet metal loop.
  • the centering spring is expediently arranged circumferentially around the first coupling element or a plurality of centering springs are arranged along a circumference of the first coupling element.
  • the second coupling element can be mounted in an analogous manner with one or more centering springs.
  • a plug-in connection for connecting electrical lines, in particular for charging an electric vehicle comprising a first coupling element and a second coupling element, which can be positively connected to one another to produce an electrical connection, the first coupling element having at least a first contact element and the second coupling element has at least one second contact element, which can be electrically contacted with one another when connecting the coupling elements by producing a press connection, the press connection being produced with deformation of at least one helical spring which is wound obliquely with respect to a center line through the coils thereof.
  • Such a plug connection can be expedient for connecting electrical lines, regardless of whether it is used in a charging device for electric vehicles.
  • Such a first coupling element or second coupling element for producing a plug-in connection for connecting electrical lines is proposed in a correspondingly advantageous manner.
  • the aforementioned protective covering covers one or more, preferably all, of the first contact elements of the first coupling element. It is practical if the protective cover is designed to be loaded with a spring force, so that the protective cover can be opened by applying a force load counter to the spring force.
  • the spring force can be provided by one or more spring members connected to the protective cover. This means that self-covering or closing of the protective cover can be practically implemented if the force load is not present.
  • the force load for opening the protective cover can expediently be applied with a section of the first coupling element or second coupling element, for example when the first coupling element approaches or makes contact with the second coupling element, in particular when the first contact elements approach the second contact elements.
  • the section can be formed with the first or second contact elements, for example. It is advantageous if the protective cover is movably mounted relative to the first contact elements, so that the force is applied by moving the protective cover relative to the first contact elements, for example by the first contact elements or second contact elements exerting a compressive force on the cover.
  • Several protective coverings can also be provided, which cover different first contact elements, in particular in the aforementioned manner. Accordingly, it is favorable if the second coupling element has such a protective covering. This can be designed analogously to the aforementioned protective covering of the first coupling element, with the protective covering covering one or more, preferably all, of the second contact elements of the second coupling element.
  • the charging device or the charging system or the plug-in connection can be practical in a passenger transport system and/or goods transport system, for example in a logistics distribution center, such as a logistics hub, or a taxi stand.
  • a logistics distribution center such as a logistics hub, or a taxi stand.
  • the first coupling element is generally connected to one or more electrical lines in order to exchange electrical energy transported via the electrical lines with the first coupling element in the charging state between the first coupling element and the second coupling element.
  • a cooling device is present in order to cool the electrical lines.
  • the cooling device can be formed, for example, with a coolant, in particular a liquid or gaseous coolant, which surrounds the electrical lines.
  • the cooling device can have a coolant circuit in order to cool the electrical lines with coolant from the coolant circuit.
  • the electrical lines are preferably connected to the first coupling element by means of ultrasonic welding or laser welding. This enables a robust and space-saving connection.
  • the movement device is designed with a plurality of arms, in particular as a delta robot, in the aforementioned manner.
  • practicably large bending radii of the electrical lines can be implemented, so that a load on the electrical lines is reduced.
  • a method for electrically charging an electric vehicle of the type mentioned at the beginning is advantageously implemented, with a charging device, in particular according to the invention, being present, with the base being at least partially, preferably essentially completely, sunk into a floor and the electric vehicle being positioned above the charging device , After which the first coupling element is moved with the movement device from a non-loading position sunk into the ground when the cover is open through the through-opening in order to guide the first coupling element to take a loading position or to load the second coupling element.
  • Charging device for electrically charging an electric vehicle or a charging system which enable robust and less contamination-susceptible electric charging, can also be implemented with a method for electrically charging an electric vehicle with such a charging device, a robust and less contamination-susceptible charging.
  • the method according to the invention can be designed correspondingly or analogously to the features, advantages and effects that are described in the context of a charging device according to the invention or a charging system with such a device, in particular above, or in an analogous manner vice versa.
  • the first coupling element is moved into a pre-position before the cover is opened, depending on the positioning of the electric vehicle for rough alignment.
  • the first coupling element is preferably located essentially vertically below the second coupling element, so that the first coupling element can be guided to the second coupling element by vertical movement. In this way, taking the loading position can be carried out in a time-efficient manner.
  • a sheathing with a plastic can be provided for this purpose.
  • the plastic can be attached or applied by overmolding.
  • the plastic or plastics are usually resins or silicones. The same applies analogously to electronic components.
  • the charging device can be arranged in the ground or generally in the ground. However, it is possible and preferred if the charging device is hung in a receiving means such as concrete rings or the like in a freely suspended manner, possibly also with springs. This minimizes stress when driving over, especially if the cover is spring-mounted.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a charging device with a first coupling element guided through the through-opening when the through-opening is open;
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the charging device of FIG. 1 in a cross section
  • FIGS. 3 to 10 show a sequence of an electrical charging process with the charging device of FIG. 1 ;
  • FIG. 11 shows a schematic illustration of a first coupling element and a second coupling element in a cross section
  • FIG. 12 shows a schematic illustration of the first coupling element of FIG. 11 in a cross section
  • FIG. 13 shows a schematic representation of a detail of the second coupling element of FIG. 11 in a cross section
  • FIG. 14 shows a schematic illustration of the first coupling element and second coupling element of FIG. 11 in a contacted state
  • FIG. 15 shows a schematic illustration of an enlarged section of FIG. 14
  • the loading device 1 shows a schematic representation of a charging device 1 for electrically charging an electric vehicle, the charging device 1 having a first coupling element 2 which can be connected to a second coupling element 3 arranged on the electric vehicle in order to establish an electrical connection.
  • the loading device 1 has a base 4 that can be at least partially, preferably completely, lowered into a floor 20 and forms a cavity or waiting area in which the first coupling element 2 can be positioned in a non-loading state or non-loading position.
  • the base 4 or its cavity has a through-opening 5 in order to guide the first coupling element 2 from the non-loading position to the loading position or to the second coupling element 3 by passing the first coupling element 2 through the through-opening 5 .
  • the first coupling element 2 is connected to the base 4 so that it can be moved in a controllable manner using a movement device 6 .
  • the movement device 6 is preferably also located within the cavity of the base 4.
  • a cover 7 designed as a cover is expediently provided, with which the through-opening 5 can be closed in order to prevent contamination from entering the cavity or waiting area in the non-loading state.
  • the through-opening 5 or an edge of the base 4 forming the through-opening 5 and/or the cover 7 is essentially in the non-charging state at the height of a floor level of the floor 20 is located.
  • an electric vehicle can be positioned above the charging device 1 , in particular the through-opening 5 , in order to charge it electrically from an underside by passing the first coupling element 2 through the through-opening 5 .
  • the cover 7 can be moved essentially parallel to an opening surface of the through-opening 5 in order to open the through-opening 5 .
  • the movement device 6 can be formed with a parallel kinematic mechanism.
  • the movement device 6 preferably has a plurality of arms 8 that can be controlled separately from one another and are attached in an articulated manner to the first coupling element 2 at engagement points of the first coupling element 2 that are spaced apart from one another.
  • the first coupling element 2 can be moved with the arms 8 by shifting the points of application.
  • Fig. 2 shows the charging device 1 of Fig. 1 in a cross-section parallel to the direction of passage D.
  • the arms 8 are articulated with their respective arm ends opposite the attachment points to guide components 9 arranged on the base 4, the arm ends of the arms 8 can be displaced with the guide components 9 relative to the base 4 in order to move the gripping points 8 or to move the first coupling element 2 by displacing the arms 8 .
  • a plurality of arms 8 are preferably connected to one of the guide components 9 in each case.
  • the guide members 9 are usually spaced apart from each other at regular intervals, preferably in a cross-section along a circumference.
  • the guide members 9 can each be formed with a guide member rail arranged on the base 4 and a guide member moving member which is movable relative to the guide member rail guided by the latter.
  • the arm ends are connected to the guide component moving elements, usually in an articulated manner.
  • the base 4 has an extendable edge strip 10, which can be extended in the lead-through direction D or orthogonally to the opening surface of the through-opening 5, so that the edge strip 10 is in the extended state the through-opening 5 encircles in order to form a barrier against dirt when the cover 7 is open, as can be seen in FIG.
  • FIGS. 3 to 10 show a sequence of a charging process with the charging device 1 of FIG. 1 .
  • Different operating states of the charging device 1 in the course of a process of assuming a charging position of the first coupling element 2 in order to contact a second coupling element 3 are shown in each case.
  • a respective operating state is shown in an external view of the charging device and in a cross section through the charging device in an operational state arranged in a floor 20 .
  • Fig. 3 and Fig. 4 show the charging device 1 in the non-charging state.
  • the first coupling element 2 is in its non-loading position within the base 4.
  • the through hole 5 is closed with the cover 7 in order to protect the first coupling element 2.
  • a second coupling element 3 is positioned above the charging device 1 .
  • the second coupling element 3 is usually arranged on an electric vehicle or designed as part of one.
  • the base 4 has an outer shell 12 which forms a cavity-forming receiving unit 11 of the base 4, in which the first
  • Coupling element 2 is placed in the non-loading position, encased for protection.
  • 5 and 6 show a first opening step of an opening movement of the cover 7, the cover 7 being lifted in the lead-through direction D of the through-opening 5 in order to then open it with a movement parallel to the opening surface of the through-opening 5.
  • the cover 7 is raised with the edge strip 10 being extended at the same time.
  • a comparison of FIGS. 4 and 6 shows that the cover 7 is raised when a wall element forming the edge strip 10 is lifted.
  • the wall element simultaneously forms an inner wall of the receiving unit 11.
  • FIG. 8 show a second opening step of an opening movement of the cover 7, the cover 7 is rotated preferably in a plane parallel to the opening surface of the through-hole 5 to open the through-hole 5.
  • a rotational movement of the cover 7 takes place about an axis of rotation positioned eccentrically to the through-opening 5 .
  • Through-opening 5 is thereby opened, so that the first coupling element 2 with the Movement device 6 can be guided from its non-loading position through the through-opening 5 into the loading position. This is shown in Figs. 9 and 10.
  • the first coupling element 2 is passed through the through-opening 5 by displacing the arms 8 of the movement device 6 with the guide components 9 and guided to the second coupling element 3 in order to make contact with it.
  • FIG. 11 shows a schematic representation of a first coupling element 2, as can be used in a charging device 1 of FIG. 1 or 16, and a second coupling element 3 in a cross section.
  • the first coupling element 2 has a plurality of first contact elements 13, which can each be contacted with a corresponding second contact element 14 of a second coupling element 3 to produce an electrical connection by producing a press connection, shown in FIG. 12.
  • the first contact elements 13 or second contact elements 14 are each formed in a circular ring shape in a cross section through them, the first contact elements 13 and second contact elements 14 preferably being arranged spaced apart from one another essentially concentrically.
  • the first coupling element 2 In order to make the first coupling element 2 and the second coupling element 3 self-centering in relation to one another, the first coupling element 2 generally has a guide pin 15, the outer surface of which is designed to correspond in shape to a corresponding guide surface of a guide pin receptacle of the second coupling element 3 such that if the alignment of the first coupling element 2 relative to the second coupling element 3, the first coupling element 2 is guided into alignment by the guide surface.
  • the outer surface of the guide pin 15 is usually designed with a conical surface, as can be seen in FIG. It goes without saying that the design of the first coupling element 2 and the second coupling element 3 is independent of one another and can be designed to differ independently from one another depending on the intended use.
  • FIG. 13 shows a schematic representation of a section of the second coupling element 3 in a cross section. It has proven useful if the first contact element 13 and/or second contact element 14 is surrounded by a helical spring 19, preferably with a helical spring 19 which is wound at an angle with respect to a center line through the coils thereof, so that the press connection between first contact element and second contact element takes place with deformation of the coil spring.
  • the respective helical spring 19 is preferably arranged on the first contact element 13 or second contact element 14 in such a way that it is in a contacting state between the first contact element 13 and the second contact element 14 .
  • the second contact element 14 is preferably arranged on the first contact element 13 or second contact element 14 in such a way that it is in a contacting state between the first contact element 13 and the second contact element 14 .
  • FIG. 14 shows the first coupling element 2 and second coupling element 3 of FIG. 11 in a connected state in a cross section.
  • the first contact elements 13 of the first coupling element 2 are each connected to corresponding second contact elements 14 of the second coupling element 3 by producing a press connection.
  • the press connection is effected by deforming a helical spring 19 which is preferably wound obliquely with respect to a center line through its coils.
  • the respective helical spring 19 is arranged as an example so as to surround the respective second contact element 14 , with the helical spring 19 being arranged at least partially in a form-fitting manner in a recess of the second contact element 14 .
  • the coil springs 19 are each shown schematically in cross section as ellipses.
  • FIG. 16 to 19 show schematic representations of a further embodiment variant of a charging device 1.
  • the charging device 1 can in principle be designed in accordance with the charging device 1 of FIG.
  • the charging device 1 of FIG. 16 has a differently designed movement device 6.
  • the moving device 6 has a lifting device 16 with which the first coupling element 2 can be moved through the passage opening 5 .
  • This can expediently be formed with a scissor lifting mechanism.
  • the lifting device 16 is connected to a lateral movement system 17 with which the lifting device 16 and thus the first coupling element can be moved in two dimensions in a movement plane parallel to the opening surface of the through-opening 5 .
  • the lateral movement system 17 has a linear guide 18 along which the lifting device 16 can be moved in a straight line, the linear guide 18 being rotatable about an axis of rotation R oriented orthogonally to the plane of movement. is cheap it when the passage opening 5 or the cover 7 corresponding to a rotational position of the first coupling element 2 about the axis of rotation R is movable. As a result, the cover 7 can be small, in particular adapted to the size of the first coupling element 2 . Different rotational positions of such a through-opening 5 or cover 7 are shown in FIGS. 17 and 18 .
  • FIG. 19 shows an operating state with the cover 7 open, the first coupling element 2 is passed through the through hole 5 with the lifting device to assume a loading position.
  • the cover 7 is expediently designed as a lid.
  • An aforementioned charging device 1 enables a robust and low-pollution electrical charging of an electric vehicle due to its optimization for an operational state sunk into a floor 20 .
  • the first coupling element 2 is particularly protected in the non-loading state due to its positioning within the base 4 . Because the cover 7 can be opened with a combination of lifting orthogonally to the opening surface of the through-opening 5 and subsequent turning parallel to the opening surface, operation can be carried out in a space-saving manner and with reduced contamination. It is favorable if an extendable edge strip 10 is provided, which protects the passage opening 5 from dirt when the cover 7 is open.
  • the charging device 1 thus enables, in particular, a robust and dirt-resistant electric charging in an outdoor area, especially in poor weather conditions.

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Abstract

The invention relates to a charging device (1) for electrically charging an electric vehicle. The charging device (1) has a first coupling element (2), which can be connected to a second coupling element on the electric vehicle in order to establish an electrical connection. According to the invention, in order to make the charging device robust and less susceptible to soiling, the charging device (1) has a base (4), which can be at least partly sunk into the ground, and a moving device (6), which connects the first coupling element to the base (4) such that the first coupling element can be controllably moved relative to the base (4), the base (4) having a through-opening (5) and a cover (7), which closes the through-opening (5), so that, in the usage state, with the cover (7) open, the first coupling element (2) can be moved by means of the moving device (6) from a non-charging position, in which the first coupling element is sunk in the ground, through the through-opening (5) in order to lead the first coupling element (2) to assume a charging position with respect to the second coupling element. The invention also relates to a method for electrically charging an electric vehicle by means of a charging device (1) of this type.

Description

Ladeeinrichtung und Verfahren zum elektrischen Laden eines Elektrofahrzeuges Charging device and method for electrically charging an electric vehicle
Die Erfindung betrifft eine Ladeeinrichtung zum elektrischen Laden eines Elektrofahrzeuges, wobei die Ladeeinrichtung ein erstes Kopplungselement aufweist, welches zur Herstellung einer elektrischen Verbindung mit einem am Elektrofahrzeug angeordneten zweiten Kopplungselement verbindbar ist. The invention relates to a charging device for electrically charging an electric vehicle, the charging device having a first coupling element which can be connected to a second coupling element arranged on the electric vehicle in order to establish an electrical connection.
Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zum elektrischen Laden eines Elektrofahrzeuges, wobei das Elektrofahrzeug für ein elektrisches Laden eines Akkumulators des Elektrofahrzeuges an einer Ladeeinrichtung positioniert wird, um ein erstes Kopplungselement der Ladeeinrichtung mit einem am Elektrofahrzeug angeordneten zweiten Kopplungselement zu verbinden, um elektrische Energie über die Kopplungselemente an den Akkumulator zu übertragen. The invention also relates to a method for electrically charging an electric vehicle, in which the electric vehicle is positioned on a charging device for electrically charging a battery in the electric vehicle in order to connect a first coupling element of the charging device to a second coupling element arranged on the electric vehicle in order to transfer electrical energy via the Transfer coupling elements to the accumulator.
Steigende Anforderungen an ein flexibles und praktikables elektrisches Laden von Elektrofahrzeugen an Ladeeinrichtungen bzw. Ladestationen erfordern eine hohe örtliche Verfügbarkeitsdichte von Ladeeinrichtungen und eine zeiteffiziente elektrische Energieübertragung zwischen einer Ladestation und einem Akkumulator des Elektrofahrzeuges. Um eine örtliche Verfügbarkeit von Ladeeinrichtungen zu erhöhen, ist es zweckmäßig, Ladeeinrichtungen an Parkplätzen anzuordnen, insbesondere angesichts einer häufig zeitausgedehnten Ladedauer. Zur Reduzierung einer Ladezeit sind hohe elektrische Ladeleistungen vorteilhaft, welche jedoch häufig unhandliche elektrische Ladekabel, insbesondere Ladekabelleitungen und Ladekabelstecker mit großen Querschnitten, erfordern und aufgrund von hohen übertragenen elektrischen Leistungen ein nicht unbeachtliches Gefahrenpotenzial aufweisen können. Bekannte Entwicklungen zielen deshalb darauf ab, einen elektrischen Ladevorgang automatisiert bzw. selbsttätig mit möglichst reduziertem Eingriff eines Benutzers durchzuführen. Increasing requirements for flexible and practicable electric charging of electric vehicles at charging devices or charging stations require a high local availability density of charging devices and time-efficient electrical energy transmission between a charging station and a battery of the electric vehicle. In order to increase the local availability of charging devices, it is expedient to arrange charging devices in parking lots, in particular in view of a charging time that is often extended over time. High electrical charging powers are advantageous for reducing a charging time, but these often require unwieldy electrical charging cables, in particular charging cable lines and charging cable plugs with large cross sections, and can have a not inconsiderable risk potential due to the high electrical powers transmitted. Known developments therefore aim to carry out an electrical charging process automatically or automatically with the least possible intervention by a user.
Aus dem Stand der Technik sind Ladeeinrichtungen bekannt, bei welchen ein Kopplungselement einer Ladeeinrichtung automatisiert an ein korrespondierendes Kopplungselement eines Elektrofahrzeuges angeschlossen wird, um über die Kopplungselemente elektrische Energie zu übertragen. Bekannt geworden sind Ladeeinrichtungen mit mehrgliedrigen Roboterarmen, welche die Tätigkeit eines Ansteckens des Kopplungselementes der Ladeeinrichtung an das Kopplungselement des Elektrofahrzeuges selbsttätig durchführen, wenn ein Elektrofahrzeug für ein elektrisches Laden an der Ladeeinrichtung abgestellt wird. Charging devices are known from the prior art, in which a coupling element of a charging device is automatically connected to a corresponding coupling element of an electric vehicle in order to transmit electrical energy via the coupling elements. Have become known loading devices with multi-part robotic arms, which perform the task of plugging the coupling element of the loading device to the coupling element of the Carry out the electric vehicle automatically when an electric vehicle is parked at the charging facility for electric charging.
Weiter bekannt geworden sind elektrische Ladesysteme, insbesondere für Garagenanwendungen, welche darauf basieren, auf einer Abstellfläche eines Parkplatzes einen mobilen Laderoboter, aufweisend einen vertikal ausfahrbaren Roboterarm, zu positionieren, und ein zu ladendes Elektrofahrzeug oberhalb des Laderoboters zu positionieren, um das Elektrofahrzeug anschließend durch vertikales Ausfahren des Roboterarmes von einer Unterseite aus zu laden. Also known are electric charging systems, in particular for garage applications, which are based on positioning a mobile charging robot, having a vertically extendable robot arm, on a parking space of a parking lot, and positioning an electric vehicle to be charged above the charging robot, in order to then move the electric vehicle vertically Load extension of the robot arm from a bottom.
Als problematisch bei derartigen Lösungen zeigt sich jedoch häufig eine komplexe Funktionsweise und ausgeprägte Verschmutzungsanfälligkeit. Dies limitiert eine Verwendung von automatisierten Ladeeinrichtungen, insbesondere wenn Hochleistungsladen angewendet werden soll, in der Praxis meist auf Innengebäudeanwendungen. However, a complex mode of operation and pronounced susceptibility to contamination are often found to be problematic in such solutions. This limits a use of automated charging devices, especially when high power charging is to be applied, in practice mostly to indoor applications.
Hier setzt die Erfindung an. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ladeeinrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, welche robust und wenig verschmutzungsanfällig ausgebildet ist. This is where the invention comes in. The object of the invention is to specify a charging device of the type mentioned at the outset, which is designed to be robust and less susceptible to contamination.
Weiter ist es ein Ziel, ein Verfahren zum elektrischen Laden der eingangs genannten Art anzugeben, mit welchem das elektrische Laden robust und wenig verschmutzungsanfällig durchführbar ist. Another goal is to specify a method for electrical charging of the type mentioned at the outset, with which electrical charging can be carried out in a robust manner and with little susceptibility to contamination.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, wenn die Ladeeinrichtung eine zumindest teilweise, vorzugsweise im Wesentlichen gänzlich, in einem Boden versenkbare Basis und eine Bewegungsvorrichtung, welche das erste Kopplungselement relativ zur Basis steuerbar beweglich mit der Basis verbindet, aufweist, wobei die Basis eine Durchgangsöffnung und eine die Durchgangsöffnung verschließende Abdeckung, wie etwa einen Deckel, aufweist, sodass in einem Einsatzzustand das erste Kopplungselement mit der Bewegungsvorrichtung von einer im Boden versenkten Nichtladeposition bei geöffneter Abdeckung durch die Durchgangsöffnung hindurch bewegbar ist, um das erste Kopplungselement zur Einnahme einer Ladeposition bzw. zum Laden zum zweiten Kopplungselement zu führen. The object is achieved according to the invention by a device of the type mentioned at the outset if the charging device has a base that can be lowered at least partially, preferably essentially completely, into a floor and a movement device which connects the first coupling element to the base so that it can be moved in a controllable manner relative to the base, wherein the base has a through-opening and a cover, such as a lid, closing the through-opening, so that in an operational state the first coupling element can be moved with the moving device from a non-loading position sunk into the ground through the through-opening when the cover is open, to the first To lead coupling element to take a loading position or to load the second coupling element.
Hintergrund der Erfindung ist die Idee, eine Ladeeinrichtung derart zu positionieren bzw. in eine Umgebung zu integrieren, dass die Ladeinrichtung möglichst wenig Einschränkung für eine Benutzung der Umgebung darstellt und gleichzeitig ein mit der Ladeeinrichtung durchgeführtes elektrisches Laden eines Elektrofahrzeuges geschützt und bevorzugt beabstandet von einem Benutzer erfolgt. Eine geringe Beeinträchtigung einer Umgebung durch eine Ladeeinrichtung ist erreichbar, wenn die Ladeeinrichtung versenkt in einem Boden bzw. Untergrund, beispielsweise einem Boden eines Parkplatzes, angeordnet wird. Indem vorgesehen ist, dass ein Laden eines Elektrofahrzeuges von unten bzw. vom Boden aus erfolgt, vorzugsweise indem das Elektrofahrzeug für das elektrische Laden oberhalb der Ladeeinrichtung positioniert wird, ist die Ladeeinrichtung während eines elektrischen Ladevorganges durch das Elektrofahrzeug in hohem Maße vor Wettereinflüssen, wie beispielsweise Regen, abgeschirmt und zudem auf einfache Weise eine Beabstandung von einem Benutzer während des Ladens geschaffen. Entsprechend vorteilhaft ist es, wenn die Basis der Ladeeinrichtung zumindest teilweise, vorzugsweise gänzlich im Boden versenkt anordenbar ist bzw. angeordnet ist. Zweckmäßig ist es hierbei, wenn die Basis einen Wartebereich definiert, in welchem das erste Kopplungselement und insbesondere die Bewegungsvorrichtung in einer Nichtladeposition des Kopplungselementes angeordnet sind. Diese sind dadurch vor äußeren Belastungen, insbesondere Verschmutzungen, besonders geschützt. Die Basis kann beispielsweise mit bzw. als Hohlkörper, zum Beispiel Hohlzylinder oder Rohr, ausgebildet sein. Indem die Ladeeinrichtung bzw. die Basis eine Durchgangsöffnung und einen die Durchgangsöffnung verschließende Abdeckung aufweist, ist auf einfach Weise die Möglichkeit geschaffen, bei geöffneter Durchgangsöffnung das erste Kopplungselement mit der Bewegungsvorrichtung zur Einnahme der Ladeposition des ersten Kopplungselementes durch die Durchgangsöffnung hindurch zu einem oberhalb der Ladeeinrichtung bzw. Durchgangsöffnung positionierten zweiten Kopplungselement eines Elektrofahrzeuges zu führen, um die Kopplungselemente für eine elektrische Energieübertragung über diese miteinander zu verbinden, und in einem Nichtladezustand, wenn das erste Kopplungselement in der Nichtladeposition positioniert ist, die Durchgangsöffnung mit der Abdeckung zu verschließen. Auf diese Weise ist das erste Kopplungselement und, insbesondere auch die Bewegungsvorrichtung, im Nichtladezustand vor Verschmutzungen bzw. Belastungen aus der Umgebung besonders geschützt. Die Abdeckung ist in der Regel als Deckel oder Verschluss ausgebildet. The background to the invention is the idea of positioning a charging device or integrating it into an environment in such a way that the charging device poses as few restrictions as possible on the use of the environment and at the same time an electric charging of an electric vehicle carried out with the charging device is protected and preferably at a distance from a user he follows. A charging device can have a minor negative impact on the environment if the charging device is arranged sunk in a floor or subsurface, for example the floor of a parking lot. By providing that an electric vehicle is charged from below or from the ground, preferably by positioning the electric vehicle above the charging device for electric charging, the charging device is largely protected from the weather during an electric charging process by the electric vehicle, such as Rain shielded and also easily provided spacing from a user during charging. It is correspondingly advantageous if the base of the charging device can be arranged or is arranged at least partially, preferably completely, sunk into the ground. It is expedient here if the base defines a waiting area in which the first coupling element and in particular the movement device are arranged in a non-loading position of the coupling element. As a result, they are particularly protected from external stresses, in particular dirt. The base can be formed, for example, with or as a hollow body, for example a hollow cylinder or tube. Because the charging device or the base has a through-opening and a cover closing the through-opening, the possibility is created in a simple manner, when the through-opening is open, to move the first coupling element with the movement device to take the loading position of the first coupling element through the through-opening to a position above the charging device or through-opening positioned second coupling element of an electric vehicle to connect the coupling elements to each other for electrical energy transmission via this, and in a non-loading state when the first coupling element is positioned in the non-loading position to close the through-opening with the cover. In this way, the first coupling element and, in particular, the movement device, in Non-charged state specially protected against dirt or loads from the environment. The cover is usually designed as a lid or closure.
Die Abdeckung wie der Deckel kann mit einer Heizeinrichtung ausgebildet sein und/oder mit einer Heizeinrichtung in Verbindung stehen, sodass die Abdeckung insbesondere im Winter beheizbar ist. Dadurch lässt sich ein Anfrieren der Abdeckung vermeiden und kann die Abdeckung frei von Schnee und Eis gehalten werden. The cover, like the lid, can be designed with a heating device and/or be connected to a heating device, so that the cover can be heated, particularly in winter. This prevents the cover from freezing and keeps the cover free from snow and ice.
Die Abdeckung wie der Deckel kann eine Verriegelung für einen Zustand völliger Öffnung aufweisen. Mit dieser Verriegelung kann die Abdeckung mechanisch offen gehalten werden. Ist für ein Öffnen der Abdeckung ein Motor bzw. Antrieb vorgesehen, kann ein dauerhaftes Bestromen für ein Offenhalten der Abdeckung entfallen. Die Verriegelung kann dabei mit der Bewegungsvorrichtung mechanisch gekoppelt sein, insbesondere so dass die Verriegelung bei Erreichen gewisser Sollpositionen der Bewegungsvorrichtung und/oder des ersten Kopplungselementes aktiviert bzw. deaktiviert wird. The cover, like the lid, may have a latch for a fully open condition. With this lock, the cover can be held open mechanically. If a motor or drive is provided for opening the cover, permanent energization for keeping the cover open can be omitted. The lock can be mechanically coupled to the movement device, in particular so that the lock is activated or deactivated when certain desired positions of the movement device and/or the first coupling element are reached.
Die Ladeeinrichtung ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass sich die Durchgangsöffnung bzw. die Abdeckung im Einsatzzustand, in welchem die Ladeeinrichtung in einem Boden bzw. Untergrund angeordnet ist, im Nichtladezustand im Wesentlichen auf Höhe eines Bodenniveaus des Bodens bzw. Untergrundes befindet bzw. bündig zu diesem ist. Dadurch ist die Ladeeinrichtung bzw. die Abdeckung von einem Elektrofahrzeug überfahrbar und/oder ist ein Elektrofahrzeug über der Ladeeinrichtung bzw. Abdeckung abstellbar. Häufig ist es ausreichend, wenn die Abdeckung in einem Verschlusszustand, wenn diese die Durchgangsöffnung verschließt, maximal 75 mm, insbesondere maximal 70 mm, bevorzugt maximal 40 mm, insbesondere maximal 30 mm, über das Bodenniveau bzw. die Bodenfläche des Bodens hinausragt.The charging device is preferably designed in such a way that the through-opening or the cover when in use, in which the charging device is arranged in a floor or subsurface, is essentially at the height of a floor level of the floor or subsurface or is flush with it when not charging is. As a result, the charging device or the cover can be driven over by an electric vehicle and/or an electric vehicle can be parked over the charging device or cover. It is often sufficient if the cover in a closed state, when it closes the passage opening, protrudes a maximum of 75 mm, in particular a maximum of 70 mm, preferably a maximum of 40 mm, in particular a maximum of 30 mm, above the floor level or the floor area of the floor.
Dadurch kann oberhalb der Ladevorrichtung ein Elektrofahrzeug positioniert werden, ohne dass in der Regel eine Gefahr eines ungewollten Kontaktes bzw. Aufsitzens eines Unterbodens des Elektrofahrzeuges mit/auf der Abdeckung besteht. Vorgenanntes gilt bevorzugt außerdem für einen Öffnungszustand der Abdeckung, wenn die Abdeckung zum Öffnen der Durchgangsöffnung von dieser wegbewegt ist. As a result, an electric vehicle can be positioned above the charging device without there generally being a risk of an underbody of the electric vehicle accidentally contacting or sitting on the cover. The above preferably also applies to an open state of the cover when the cover is moved away from the through-opening to open it.
Einsatzzustand der Ladeeinrichtung bezeichnet üblicherweise einen Zustand in dem die Basis der Ladeeinrichtung zumindest teilweise, insbesondere gänzlich, versenkt in einem Boden bzw. Untergrund angeordnet ist, um ein Elektrofahrzeug vom Boden bzw. Untergrund aus elektrisch zu laden. Dies ist zweckmäßig umsetzbar, indem das erste Kopplungselement mit der Bewegungsvorrichtung von der Nichtladeposition in einer Durchführungsrichtung durch die Durchgangsöffnung hindurch zu einer Ladeposition geführt wird. Die Durchführungsrichtung ist meist in einer Richtung orthogonal zu einer Öffnungsfläche der Durchgangsöffnung ausgerichtet. State of use of the charging device usually refers to a state in which the base of the charging device is at least partially, in particular completely, sunk into a Ground or underground is arranged to charge an electric vehicle from the ground or underground electrically. This can be expediently implemented by guiding the first coupling element with the movement device from the non-loading position in a feed-through direction through the through-opening to a loading position. The lead-through direction is mostly aligned in a direction orthogonal to an opening surface of the through hole.
Günstig ist es, wenn die Abdeckung ausgebildet ist, sodass diese von einem Elektrofahrzeug, beispielsweise einem Elektroauto oder Elektro-LKW, überfahrbar ist bzw. dessen Gewicht tragen kann. Zweckmäßig kann die Abdeckung ausgebildet sein, eine Gewichtkraft von zumindest 1000 kg, insbesondere 3000 kg, bevorzugt mehr als 10000 kg, zu tragen. Hierzu kann die Abdeckung beispielsweise mit bzw. aus einer Metalllegierung, insbesondere Eisenlegierung, bevorzugt Stahllegierung, gebildet sein. Für ein Bewegen der Abdeckung zum Öffnen bzw. Schließen der Durchgangsöffnung ist üblicherweise ein steuerbarer Abdeckungsantrieb vorhanden. It is favorable if the cover is designed so that it can be driven over by an electric vehicle, for example an electric car or electric truck, or can bear its weight. The cover can expediently be designed to bear a weight of at least 1000 kg, in particular 3000 kg, preferably more than 10000 kg. For this purpose, the cover can be formed, for example, with or from a metal alloy, in particular an iron alloy, preferably a steel alloy. A controllable cover drive is usually present for moving the cover to open or close the passage opening.
Von Vorteil ist es, wenn das erste Kopplungselement mit der Bewegungsvorrichtung relativ zur Basis entlang mehrerer, meist drei, bevorzugt rechtwinklig zueinander ausgerichteter, Bewegungsachsen, insbesondere unabhängig voneinander, bewegbar ist, um die Ladeposition einzunehmen. Dadurch kann das erste Kopplungselement praktikabel zum zweiten Kopplungselement geführt werden. Hierzu kann die Bewegungsvorrichtung mehrere, beispielsweise drei, unabhängig voneinander steuerbare Antriebe aufweisen, wobei jeder Antrieb eine Bewegung entlang einer der Bewegungsachsen steuert. Günstig ist es, wenn die Bewegungsvorrichtung eine parallelkinematische Mechanik aufweist. Die Bewegungsvorrichtung bildet dabei üblicherweise eine geschlossene kinematische Kette. Dadurch ist eine Bewegung des ersten Kopplungselementes mit der Bewegungsvorrichtung sehr präzise und wenig fehleranfällig durchführbar. Im Speziellen kann es günstig sein, wenn das erste Kopplungselement mit der Bewegungsvorrichtung relativ zur Basis lediglich entlang einer Bewegungsachse bewegbar ist, um die Ladeposition einzunehmen. Dies ermöglicht eine besonders einfache und/oder kompakte Ausbildung. Dies kann günstig sein, wenn ein sehr präzises Parken eines Elektrofahrzeuges gegeben ist, beispielsweise im Rahmen einer autonomen Steuerung des Elektrofahrzeuges. Im Besonderen kann die Abdeckung dann sehr klein, beispielsweise mit einem Durchmesser zwischen 7 cm und 20 cm, ausgebildet sein. It is advantageous if the first coupling element with the movement device can be moved relative to the base along a plurality of, usually three, movement axes that are preferably aligned at right angles to one another, in particular independently of one another, in order to assume the loading position. As a result, the first coupling element can be guided to the second coupling element in a practical manner. For this purpose, the movement device can have several, for example three, independently controllable drives, each drive controlling a movement along one of the movement axes. It is favorable if the movement device has a parallel kinematic mechanism. The movement device usually forms a closed kinematic chain. As a result, a movement of the first coupling element with the movement device can be carried out very precisely and with little error-proneness. In particular, it can be favorable if the first coupling element with the movement device can be moved relative to the base only along a movement axis in order to assume the loading position. This enables a particularly simple and/or compact design. This can be beneficial if there is a very precise parking of an electric vehicle, for example as part of an autonomous control of the electric vehicle. In particular, the cover then be very small, for example with a diameter between 7 cm and 20 cm.
Eine hohe Robustheit ist erreichbar, wenn die Bewegungsvorrichtung mehrere separat voneinander steuerbare Arme aufweist, welche an voneinander beabstandeten Angreifpunkten des ersten Kopplungselementes gelenkig am ersten Kopplungselement angreifen, um durch Verschieben der Angreifpunkte mit den Armen das erste Kopplungselement zu bewegen. Die Arme sind dabei mit deren jeweiligen den Angreifpunkten gegenüberliegenden Armenden mit der Basis, häufig gelenkig, verbunden bzw. an dieser gelagert. Ein Verschieben eines der Angreifpunkte mit dem jeweiligen Arm kann beispielsweise erfolgen, indem der Arm als Ganzes und/oder zumindest ein Teilsegment des Armes bewegt wird. Hierzu kann das dem zugehörigen Angreifpunkt gegenüberliegende Ende des Arms relativ zur Basis, zum Beispiel mit einem Führungsbauteil, geführt verschiebbar sein. Die Führungsbauteile sind üblicherweise in regelmäßigen Abständen beabstandet voneinander an der Basis angeordnet bzw. als Teile dieser ausgebildet. Die Führungsbauteile sind in der Regel ausgebildet, mit diesen verbundene Armenden der Arme in Durchführungsrichtung, insbesondere in einer Richtung im Wesentlichen orthogonal zu einer Öffnungsfläche der Durchgangsöffnung, zu verschieben. Mit Öffnungsfläche ist üblicherweise die von einem die Durchgangsöffnung bildenden Rand definierte lichte Fläche bzw. Ebene bezeichnet, durch welche das erste Kopplungselement für ein Hindurchführen durch die Durchgangsöffnung durchführbar ist. Bewährt hat es sich, wenn zumindest drei Arme vorhanden sind, welche jeweils über ein Führungsbauteil relativ zur Basis verschiebbar mit der Basis verbunden sind. Alternativ oder kumulativ kann ein Verschieben des Angreifpunktes erfolgen, indem der Arm längenveränderlich, beispielsweise teleskopartig längenveränderlich, ist. Praktikabel ist es, wenn mehrere oder sämtliche Arme derart ausgebildet sind. In einer speziellen Ausbildung kann die Bewegungsvorrichtung beispielsweise mit einem Delta-Roboter gebildet sein. Alternativ kann die Bewegungsvorrichtung beispielsweise als SCARA- Roboter („Selective-Compliance-Assembly-Robot-Arm“) oder Portalroboter, insbesondere Raumportalroboter, ausgebildet ist. Die Bewegungsvorrichtung oder zumindest Teile davon sind dabei bevorzugt nicht selbsthemmend ausgebildet. Dies kann beispielsweise bei einem Delta-Roboter durch entsprechende Wahl der Spindelsteigung und einer Motorgetriebekombination realisiert sein, sodass der Delta-Roboter bei einem Stromabfall selbstständig absinkt. Ein selbstständiges Absinken des Delta-Roboters kann zusätzlich durch eine Federkraft, insbesondere eine vertikal wirkende Federkraft, realisiert durch eine entsprechende Feder, und/oder ein Gewicht eines Kabels sowie des ersten Kopplungselementes unterstützt sein. Die Abdeckung schließt sich erst nach einem ausreichenden Absinken des Delta-Roboters, wobei dies stromlos erfolgen kann, wenn die Abdeckung mit einer Verriegelung ausgebildet ist, die sich löst, wenn der Delta- Roboter eine vorbestimmte Höhe erreicht. A high degree of robustness can be achieved if the movement device has several arms that can be controlled separately from one another and which articulately engage the first coupling element at spaced-apart points of action on the first coupling element in order to move the first coupling element by shifting the points of action with the arms. The arms are connected to the base, often in an articulated manner, by their respective arm ends opposite the points of application, or are mounted on it. One of the points of application can be shifted with the respective arm, for example, by moving the arm as a whole and/or at least a partial segment of the arm. For this purpose, the end of the arm opposite the associated point of application can be guided and displaceable relative to the base, for example with a guide component. The guide components are usually arranged at regular intervals spaced apart from one another on the base or are designed as parts of this. The guide components are generally designed to displace arm ends of the arms connected to them in the feed-through direction, in particular in a direction essentially orthogonal to an opening surface of the through-opening. The opening surface usually refers to the clear surface or plane defined by an edge forming the through-opening, through which the first coupling element can be guided for passing through the through-opening. It has proven useful if at least three arms are present, each of which is connected to the base so that it can be displaced relative to the base via a guide component. Alternatively or cumulatively, the point of application can be shifted in that the arm is variable in length, for example telescopically variable in length. It is practical if several or all of the arms are designed in this way. In a special embodiment, the movement device can be formed with a delta robot, for example. Alternatively, the movement device can be designed, for example, as a SCARA robot (“Selective Compliance Assembly Robot Arm”) or portal robot, in particular space portal robot. The movement device or at least parts thereof are preferably not designed to be self-locking. With a delta robot, for example, this can be achieved by appropriately selecting the spindle pitch and a motor-gear combination, so that the delta robot lowers itself if there is a power failure. An independent lowering of the delta robot can also be supported by a spring force, in particular a vertically acting spring force, realized by a corresponding spring, and/or a weight of a cable and the first coupling element. The cover will not close until the delta robot has sufficiently descended, which can be done without power if the cover is designed with a latch that releases when the delta robot reaches a predetermined height.
Für einen einfachen Bewegungsablauf ist es vorteilhaft, wenn die Bewegungsvorrichtung eine Hebevorrichtung aufweist, mit welcher das erste Kopplungselement durch die Durchgangsöffnung hindurch bewegbar ist. Dies erfolgt in der Regel in Durchführungsrichtung bzw. in einer Richtung im Wesentlichen orthogonal zur Öffnungsfläche der Durchgangsöffnung. Die Hebevorrichtung kann beispielsweise mit einer Scherenhubmechanik und/oder einer T eleskophubmechanik ausgebildet sein. Günstig ist es, wenn die Bewegungsvorrichtung ein Lateralbewegesystem aufweist, mit welchem das erste Kopplungselement in einer Bewegungsebene parallel zur Öffnungsfläche der Durchgangsöffnung in zumindest zwei Dimensionen bzw. Koordinaten, bevorzugt separat voneinander, bewegbar ist. Bewährt hat es sich hierzu, wenn das Lateralbewegesystem eine Linearführung aufweist, mit welcher das erste Kopplungselement, in der Regel geradlinig, vorzugsweise in der Bewegungsebene, bewegbar ist, wobei die Linearführung um eine orthogonal zur Bewegungsebene ausgerichteten Linearführungsdrehachse drehbar ist. Eine Bewegung des ersten Kopplungselementes in der Bewegungsebene kann damit korrespondierend zu Koordinaten eines Polarkoordinatensystems gesehen werden. Eine Mechanik für eine solche Bewegung kann sehr robust und fehlerarm ausgebildet werden. Zweckmäßig ist es, wenn die Hebevorrichtung mit dem Lateralbewegesystem bewegbar ist oder umgekehrt. For a simple movement sequence, it is advantageous if the movement device has a lifting device with which the first coupling element can be moved through the through-opening. This usually takes place in the feedthrough direction or in a direction essentially orthogonal to the opening surface of the through-opening. The lifting device can be designed, for example, with a scissor lifting mechanism and/or a telescopic lifting mechanism. It is favorable if the movement device has a lateral movement system with which the first coupling element can be moved in a movement plane parallel to the opening area of the through-hole in at least two dimensions or coordinates, preferably separately from one another. It has proven useful for this if the lateral movement system has a linear guide with which the first coupling element can be moved, generally in a straight line, preferably in the plane of movement, with the linear guide being rotatable about a linear guide axis of rotation aligned orthogonally to the plane of movement. A movement of the first coupling element in the plane of movement can thus be seen as corresponding to coordinates of a polar coordinate system. A mechanism for such a movement can be designed to be very robust and error-free. It is expedient if the lifting device can be moved with the lateral movement system or vice versa.
Der Antrieb der Bewegungsvorrichtung kann zweckmäßig hydraulisch, pneumatisch und/oder elektromechanisch umgesetzt sein. The drive of the movement device can expediently be implemented hydraulically, pneumatically and/or electromechanically.
Von Vorteil ist es, wenn die Bewegungsvorrichtung ausgebildet ist, das erste Kopplungselement lateral über einen Rand der Durchgangsöffnung hinauszubewegen. Dies gilt insbesondere in einem in Durchführungsrichtung durch die Durchgangsöffnung hindurchgeführten Zustand des ersten Kopplungselementes zur Einnahme der Ladeposition. Dadurch kann eine ungenaue Positionierung des zweiten Kopplungselementes außerhalb einer Projektion des Randes der Durchgangsöffnung in hohem Maße ausgeglichen werden. It is advantageous if the movement device is designed to move the first coupling element laterally beyond an edge of the through-opening. This applies in particular when the first coupling element is guided through the through-opening in the feed-through direction in order to take the loading position. As a result, an inaccurate positioning of the second coupling element outside of a projection of the edge of the through-opening can be compensated to a large extent.
Günstig ist es, wenn das erste Kopplungselement mit der Bewegungsvorrichtung in einer Bewegungsebene parallel zur Öffnungsfläche der Durchgangsöffnung einen abfahrbaren Bewegungsbereich mit einem Durchmesser von zumindest 20 cm, insbesondere zumindest 30 cm, bevorzugt zumindest 40 cm, aufweist. Dies gilt bevorzugt in einem in Durchführungsrichtung durch die Durchgangsöffnung hindurchgeführten Zustand des ersten Kopplungselementes. Zweckmäßig ist es, wenn das erste Kopplungselement mit der Bewegungsvorrichtung in Durchführungsrichtung durch die Durchgangsöffnung zumindest 20 cm, insbesondere zumindest 30 cm, bevorzugt zumindest 40 cm, über einen Rand der Durchgangsöffnung bzw. ein Bodenniveau der Bodenoberfläche hinausbewegbar ist bzw. eine solche Höhe über diesem einnehmen kann. Auf diese Weise können auch höhergestellte Elektrofahrzeuge, beispielsweise Elektro-LKWs, praktikabel elektrisch geladen bzw. kontaktiert werden. It is favorable if the first coupling element with the movement device has a traversable movement area with a diameter of at least 20 cm, in particular at least 30 cm, preferably at least 40 cm, in a movement plane parallel to the opening surface of the through-hole. This applies preferably when the first coupling element is in a state in which it is guided through the through-opening in the feed-through direction. It is expedient if the first coupling element with the movement device can be moved in the feed-through direction through the through-opening by at least 20 cm, in particular at least 30 cm, preferably at least 40 cm, beyond an edge of the through-opening or a floor level of the floor surface or such a height above this can take. In this way, even higher-ranking electric vehicles, such as electric trucks, can be electrically charged or contacted in a practical manner.
Das erste Kopplungselement kann von einem Faltenbalg umgeben sein. Der Faltenbalg kann die Durchgangsöffnung abgesehen vom ersten Kopplungselement im Wesentlichen vollständig abdecken. Dadurch ist ein Eintritt von Schmutz, Partikeln, Schnee, Eis oder anderen Feststoffen verhindert. The first coupling element can be surrounded by a bellows. Apart from the first coupling element, the bellows can essentially completely cover the passage opening. This prevents entry of dirt, particles, snow, ice or other solids.
Vorteilhaft ist es, wenn ein an die Bewegungsvorrichtung gekoppelter Bewegungsspeicher vorhanden ist, mit welchem Bewegungsenergie der Bewegungsvorrichtung zwischenspeicherbar und zeitversetzt an einen Antrieb der Bewegungsvorrichtung rückführbar ist. Auf diese Weise kann der Antrieb der Bewegungsvorrichtung schwächer ausgelegt werden, da dieser bei höherer Belastung vom Bewegungsspeicher unterstützbar ist. Beispielsweise kann bei einer vertikalen Senkbewegung der Bewegungsvorrichtung bzw. des ersten Kopplungselementes Bewegungsenergie im Bewegungsspeicher gespeichert und bei einer Hubbewegung der Bewegungsvorrichtung bzw. des ersten Kopplungselementes Bewegungsenergie vom Bewegungsspeicher an den Antrieb der Bewegungsvorrichtung überführt werden. Zweckmäßig kann der Bewegungsspeicher mit einer oder mehreren Federvorrichtungen umgesetzt sein, wobei die Federvorrichtungen zur Speicherung von Bewegungsenergie verformbar und zur Abgabe von Bewegungsenergie entspannbar sind. Alternativ kann der Bewegungsspeicher beispielsweise als Schwungradspeicher oder elektrischen Speicher, wie etwa mit einem oder mehreren Kondensatoren, ausgebildet sein. It is advantageous if there is a movement storage device coupled to the movement device, with which kinetic energy of the movement device can be temporarily stored and returned to a drive of the movement device with a time delay. In this way, the drive of the movement device can be designed to be weaker, since it can be supported by the movement storage device at higher loads. For example, during a vertical lowering movement of the movement device or the first coupling element, kinetic energy can be stored in the movement storage and during a lifting movement of the movement device or the first coupling element, kinetic energy can be transferred from the movement storage to the drive of the movement device. Expediently, the movement memory can be implemented with one or more spring devices, the spring devices being deformable for storing kinetic energy and for Delivery of kinetic energy can be relaxed. Alternatively, the motion storage device can be designed, for example, as a flywheel storage device or an electrical storage device, such as with one or more capacitors.
Für eine hohe Robustheit ist es vorteilhaft, wenn die Basis mit einem Hohlkörper gebildet ist, in welchem im Nichtladezustand das erste Kopplungselement und bevorzugt die Bewegungsvorrichtung angeordnet sind. Der Hohlkörper kann beispielsweise rohrförmig oder becherförmig ausgebildet sein. Es versteht sich, dass der Hohlkörper in der Regel Öffnungen, etwa die Durchgangsöffnung und/oder eine oder mehrere Leitungszuführungsöffnungen zur Durchführung von elektrischen Leitungen und/oder Wasserauslassöffnungen für ein Abrinnen von Regenwasser, aufweist. Üblicherweise weist der Hohlkörper einen mehreckigen, insbesondere rechteckigen oder quadratischen, oder runden Querschnitt auf. For a high level of robustness, it is advantageous if the base is formed with a hollow body, in which the first coupling element and preferably the movement device are arranged in the non-loading state. The hollow body can be tubular or cup-shaped, for example. It goes without saying that the hollow body generally has openings, for example the through-opening and/or one or more cable feed openings for passing through electrical cables and/or water outlet openings for rainwater to drain away. The hollow body usually has a polygonal, in particular rectangular or square, or round cross section.
Praktikabel ist es, wenn die Abdeckung für ein Öffnen der Durchgangsöffnung im Wesentlichen parallel zur einer Öffnungsfläche der Durchgangsöffnung bewegbar ist. Dadurch kann das Öffnen bzw. Schließen wenig platzbeanspruchend durchgeführt werden. Für einen einfachen Aufbau ist es günstig, wenn die Abdeckung mit einer Rotationsbewegung, üblicherweise um eine Rotationsachse parallel zu einer Öffnungsflächennormale der Durchgangsöffnung, oder einer Linearbewegung, üblicherweise im Wesentlichen parallel zur Öffnungsfläche der Durchgangsöffnung, öffenbar ist. Um die Abdeckung mittels Rotationsbewegung zu öffnen, ist es zweckmäßig, wenn die Abdeckung um eine Rotationsachse drehbar ist, welche exzentrisch zur Durchgangsöffnung angeordnet ist. Die Rotationsachse ist dabei in der Regel parallel zu einer Öffnungsflächennormale der Durchgangsöffnung ausgerichtet. Günstig ist es, wenn die Rotationsachse in Bezug auf eine vorgesehene Elektrofahrzeuglängsrichtung im Ladezustand des Elektrofahrzeuges schräg vor einem Mittelpunkt bzw. It is practical if the cover can be moved essentially parallel to an opening surface of the through-opening in order to open the through-opening. As a result, opening and closing can be carried out in a way that takes up little space. For a simple structure, it is favorable if the cover can be opened with a rotational movement, usually about a rotational axis parallel to an opening surface normal of the through-opening, or a linear movement, usually essentially parallel to the opening surface of the through-opening. In order to open the cover by means of a rotational movement, it is expedient if the cover can be rotated about an axis of rotation which is arranged eccentrically to the passage opening. The axis of rotation is generally aligned parallel to an opening surface normal of the through-opening. It is favorable if the axis of rotation is positioned obliquely in front of a center point or
Flächenschwerpunkt der Durchgangsöffnungsfläche angeordnet ist. Dadurch können ein Platzbedarf bzw. eine Auslenkung der Abdeckung bei einem Öffnen der Abdeckung klein gehalten werden. Eine Gefahr einer Kollision der Abdeckung mit einem zu ladenden Elektrofahrzeug, insbesondere dessen Reifen, beim Öffnen der Abdeckung ist dadurch reduzierbar. In der Regel steht dabei die Rotationsachse im Wesentlichen rechtwinklig zur Elektrofahrzeuglängsrichtung. Die Rotationsachse ist vorzugsweise derart angeordnet, dass in einem Querschnitt durch die Rotationsachse eine die Rotationsachse schneidende und durch den Mittelpunkt bzw. Flächenschwerpunkt führende erste Referenzlinie mit einer in Fahrzeuglängsrichtung ausgerichteten durch den Mittelpunkt bzw. Flächenschwerpunkt führenden zweiten Referenzlinie einen Winkel zwischen 10° und 80°, insbesondere zwischen 15° und 60°, bevorzugt zwischen 20° und 45°, bildet. Praktikabel ist es, wenn die Rotationsachse mit einer mit der Abdeckung verbundenen Abdeckungsstange, welche mit einer Abdeckungsstangenführung relativ zu dieser drehbar verbunden ist, gebildet ist, wobei die Abdeckung durch Drehen der Abdeckungsstange in Rotationsbewegung versetzbar ist. Meist ist die Abdeckungsstange dabei in der Abdeckungsstangenführung drehbar gelagert. Besonders günstig ist es, wenn die Abdeckungsstange durch Drehen der Abdeckungsstangenführung in Drehbewegung versetzbar ist, wobei die Abdeckungsstange und die Abdeckungsstangenführung mittels einer Haftreibverbindung verbunden sind. Auf diese Weise sind die Abdeckungsstange und die Abdeckungsstangenführung mechanisch entkoppelbar, sodass bei einer Blockierung der Abdeckung die Haftreibverbindung lösbar ist. Zweckmäßig wird ein Haftreibungskoeffizient der Haftreibverbindung derart gewählt, dass die Haftreibverbindung bei Belastung mit einer vorgegeben der Drehbewegung entgegenwirkenden Kraft gelöst bzw. überwunden wird. Üblicherweise ist hierzu ein an der Abdeckungsstange oder Abdeckungsstangenführung angeordneter Haftreibkörper vorgesehen, dessen Oberfläche für ein Drehen der Abdeckung unter Bildung einer Haftreibung gegen eine Oberfläche der Abdeckungsstangenführung bzw. Center of gravity of the through-opening area is arranged. As a result, space requirements or deflection of the cover when the cover is opened can be kept small. A risk of the cover colliding with an electric vehicle to be charged, in particular its tires, when the cover is opened can be reduced as a result. As a rule, the axis of rotation is essentially at right angles to the longitudinal direction of the electric vehicle. The axis of rotation is preferably arranged such that in a cross section through the axis of rotation, the axis of rotation a first reference line that intersects and runs through the center point or centroid of the area forms an angle of between 10° and 80°, in particular between 15° and 60°, preferably between 20° and 45°, with a second reference line, which is oriented in the longitudinal direction of the vehicle and leads through the center point or centroid of the area, forms. It is practicable if the axis of rotation is formed with a cover rod which is connected to the cover and which is connected to a cover rod guide so that it can rotate relative thereto, the cover being able to be set into rotational movement by rotating the cover rod. The cover rod is usually rotatably mounted in the cover rod guide. It is particularly favorable if the cover rod can be set in rotary motion by turning the cover rod guide, the cover rod and the cover rod guide being connected by means of a static friction connection. In this way, the cover bar and the cover bar guide can be mechanically decoupled, so that the static friction connection can be released if the cover is blocked. A static friction coefficient of the static friction connection is expediently selected in such a way that the static friction connection is released or overcome when loaded with a predetermined force counteracting the rotational movement. For this purpose, a static friction body arranged on the cover bar or cover bar guide is usually provided, the surface of which is used to rotate the cover while forming static friction against a surface of the cover bar guide or
Abdeckungsstange gepresst wird. Günstig ist es, wenn die Haftreibverbindung derart ausgebildet ist, dass der Haftreibungskoeffizient mit fortschreitender Öffnung der Abdeckung zunimmt. Eine solche Haftreibverbindung kann beispielsweise umgesetzt sein, indem der Haftreibkörper eine geneigte Oberfläche aufweist, mit welcher die Haftreibung hergestellt wird, beispielsweise der Haftreibkörper ais Keilelement ausgebildet ist. Die Abdeckungsstangenführung kann beispielsweise als Führungsrohr bzw. Hohlzylinder ausgebildet sein, welches formschlüssig mit der Drehstange verbunden ist bzw. in welches die Drehstange formschlüssig eingefügt ist. Alternativ oder kumulativ kann eine Linearbewegung der Abdeckung umgesetzt sein, indem die Abdeckung in einer oder mehreren Führungshalterungen, üblicherweise in einer Ebene parallel zur Durchgangsöffnungsfläche, geführt verschiebbar angeordnet ist. Dadurch kann die Abdeckung einfach durch Verschieben der Abdeckung in linearer bzw. geradliniger Richtung geöffnet bzw. geschlossen werden. Dies ist günstig für eine hohe Stabilität, insbesondere bei einer sehr großen und schweren Abdeckung. Eine besonders verschmutzungsresistente Abdeckungbewegung ist umsetzbar, wenn die Abdeckung für ein Öffnen der Durchgangsöffnung in Durchführungsrichtung der Durchgangsöffnung anhebbar und anschließend im Wesentlichen parallel zur Öffnungsfläche der Durchgangsöffnung bewegbar ist. Dadurch kann bei einem Bewegen der Abdeckung vermieden werden, dass mögliche Verschmutzungen durch die Abdeckungsbewegung verschoben werden bzw. in die Durchgangsöffnung oder Basis gelangen. Ein Anheben der Abdeckung erfolgt in der Regel in einer Richtung im Wesentlichen orthogonal zur Öffnungsfläche der Durchgangsöffnung. Die Verschiebung parallel zur Öffnungsfläche kann beispielsweise entsprechend einer, insbesondere vorgenannten, Drehbewegung und/oder Linearbewegung erfolgen. Üblicherweise wird die Abdeckung derart angehoben, dass zumindest ein Spalt mit einer Dicke von mehreren Millimetern, insbesondere zumindest 3 mm, häufig zumindest 5 mm, bevorzugt mit einer Dicke zwischen 3 mm bis 5 mm, zwischen Abdeckung und einer Aufliegefläche, an welcher anliegend die Abdeckung die Durchgangsöffnung verschließt, entsteht. Die Aufliegefläche kann beispielsweise vom Rand der Durchgangsöffnung oder nachstehend erklärter Randleiste gebildet sein. Auf diese Weise kann anschließend ein reibungsarmes Bewegen der Abdeckung, insbesondere parallel zur Durchgangsöffnung, erfolgen, wobei ein Eintritt von Verschmutzung in die Durchgangsöffnung vermeidbar ist. Die Abdeckungsbewegung kann beispielsweise umgesetzt sein, indem vorgenannte Abdeckungsstange und Abdeckungsstangenführung mit einem in einer Führungsnut formschlüssig eingefügten Führungsschiene verbunden sind, um mit einer Form der Führungsnut eine Relativbewegung zwischen Abdeckungsstange und Abdeckungsstangenführung zu steuern. Dabei kann die Abdeckungsstangenführung die Führungsnut aufweisen und die Abdeckungsstange die Führungsschiene aufweisen oder umgekehrt. Zweckmäßig kann die Führungsnut einen ersten Führungsnutabschnitt aufweisen, welcher das Anheben der Abdeckung bewirkt, und eine zweiten Führungsnutabschnitt aufweisen, weicher eine Rotation der Abdeckung bewirkt. cover rod is pressed. It is favorable if the static friction connection is designed in such a way that the coefficient of static friction increases as the opening of the cover progresses. Such a static friction connection can be implemented, for example, in that the static friction body has an inclined surface with which the static friction is produced, for example the static friction body is designed as a wedge element. The cover rod guide can be designed, for example, as a guide tube or hollow cylinder, which is connected in a form-fitting manner to the rotating rod or into which the rotating rod is inserted in a form-fitting manner. Alternatively or cumulatively, a linear movement of the cover can be implemented in that the cover is arranged in a guided, displaceable manner in one or more guide mounts, usually in a plane parallel to the through-opening surface. As a result, the cover can be opened and closed simply by sliding the cover in a linear direction. This is favorable for high stability, especially with a very large and heavy cover. A cover movement that is particularly dirt-resistant can be implemented if the cover can be lifted in the direction of passage of the through-opening to open the through-opening and can then be moved essentially parallel to the opening surface of the through-opening. As a result, when the cover is moved, it can be avoided that possible dirt is displaced by the cover movement or gets into the through-opening or base. The cover is generally raised in a direction essentially orthogonal to the opening area of the through-opening. The displacement parallel to the opening surface can take place, for example, in accordance with a rotary movement and/or linear movement, in particular as mentioned above. The cover is usually raised in such a way that there is at least one gap with a thickness of several millimeters, in particular at least 3 mm, often at least 5 mm, preferably with a thickness of between 3 mm and 5 mm, between the cover and a bearing surface on which the cover rests the passage opening closes, arises. The bearing surface can be formed, for example, by the edge of the through-opening or the edge strip explained below. In this way, a low-friction movement of the cover, in particular parallel to the through-opening, can then take place, with the entry of dirt into the through-opening being avoidable. The cover movement can be implemented, for example, by connecting the aforementioned cover bar and cover bar guide to a guide rail inserted in a form-fitting manner in a guide groove in order to control a relative movement between the cover bar and cover bar guide with the shape of the guide groove. The cover bar guide can have the guide groove and the cover bar can have the guide rail or vice versa. Expediently, the guide groove can have a first guide groove section which causes the cover to be raised and a second guide groove section which causes the cover to rotate.
Eine Mechanik für die Abdeckung, insbesondere für einen Deckel als Abdeckung, kann mit einer Kulissenführung ausgebildet sein, sodass die Abdeckung am Beginn eines Öffnungsvorganges ganz oder zumindest im Wesentlichen vertikal nach oben läuft und sich dann zur Seite ausdreht. Dadurch ergibt sich eine flüssige Öffnungsbewegung und, beim Schließen, Schließbewegung. Hierfür kann eine entsprechende Kulissenführung vorgesehen sein, beispielsweise mit einer Gewindemutter und einer Spindel, welche über einen Motor direkt oder über ein Übertragungsmittel wie einem Riemen indirekt angetrieben wird. A mechanism for the cover, in particular for a cover as a cover, can be designed with a link guide, so that the cover runs completely or at least substantially vertically upwards at the beginning of an opening process and then turns out to the side. This results in a fluid opening movement and, when closing, a closing movement. For this purpose, a corresponding link guide can be provided, for example with a threaded nut and a spindle, which a motor driven directly or indirectly through a transmission means such as a belt.
Ist für eine Kulissenführung eine Gewindemutter vorgesehen, kann diese außen gegenüberliegend zwei in versetzter Höhe angebrachte Lager aufweisen. Jedes dieser beiden Lager weist dann eine eigene Bahn auf; wenn beide Lager auf gleicher Höhe wären, würden sich die Bahnen zur Führung schneiden. Die Gewindemutter ist über eine Welle starr mit dem Deckel verbunden. Bei der Drehbewegung während des Aufdrehens des Deckels bzw. der Abdeckung allgemein kann der Deckel bzw. die Abdeckung noch etwas an Höhe gewinnen oder sich ausschließlich horizontal ohne Höhenzuwachs verdrehen (je nach Kulissenbahn). Vorteilhaft ist es, wenn es eine entsprechende Gegenkraft (z. B. durch eine Spiralfeder) gibt, sodass, wenn der Motor mit einer nicht selbsthemmenden Spindel stromlos ist, sich die Abdeckung automatisch langsam zudreht und danach wieder absenkt (vorausgesetzt, die Bewegungsvorrichtung ist vorher bereits vollständig eingefahren). If a threaded nut is provided for a connecting link guide, this nut can have two bearings mounted opposite one another at an offset height. Each of these two camps then has its own track; if both bearings were at the same height, the paths to the guide would intersect. The threaded nut is rigidly connected to the cover via a shaft. During the turning movement when opening the lid or the cover in general, the lid or the cover can gain a little more height or only twist horizontally without any increase in height (depending on the link track). It is advantageous if there is a corresponding counter-force (e.g. by a spiral spring) so that when the motor with a non-self-locking spindle is de-energized, the cover automatically closes slowly and then lowers again (provided the moving device is in place beforehand already fully retracted).
Eine hohe Verschmutzungsresistenz ist erreichbar, wenn die Basis eine relativ zu einem Unterbau der Basis ausfahrbare Randleiste aufweist, sodass die Randleiste im ausgefahrenen Zustand die Durchgangsöffnung zumindest teilweise, bevorzugt im Wesentlichen gänzlich, umläuft, um eine Barriere gegen bei geöffneter Abdeckung in die Durchgangsöffnung eindringenden Schmutz zu bilden. Üblicherweise ist die Randleiste in Durchführungsrichtung der Durchgangsöffnung, insbesondere in einer Richtung orthogonal zur Öffnungsfläche der Durchgangsöffnung, ausfahrbar. In der Regel ist im Einsatzzustand der Ladeeinrichtung die Randleiste von einer in Bezug auf das Bodenniveau niedrigen Position in eine hohe Position ausfahrbar, in welcher üblicherweise die Randleiste eine an diese angrenzende Umgebungsfläche oder Bodenfläche überragt. Zweckmäßig ist es, wenn die Randleiste derart ausgebildet ist, dass diese im ausgefahrenen Zustand den Rand der Durchgangsöffnung überragt und diesen zumindest teilweise, bevorzugt im Wesentlichen gänzlich, umläuft, um eine Barriere gegen bei geöffneter Abdeckung in die Durchgangsöffnung eindringenden Schmutz zu bilden. Meist ist vorgesehen, dass die Randleiste die Durchgangsöffnung bzw. deren Rand in einem nicht ausgefahrenen Zustand der Randleiste nicht überragt. Eine hohe Anwendungspraktikabilität ist erreichbar, wenn die Randleiste derart ausgebildet ist, dass diese bei einer Öffnungsbewegung der Abdeckung in Durchführungsrichtung der Durchgangsöffnung ausfahrbar ist, um eine Barriere gegen ein Eindringen von Verschmutzungen zu bilden. Zweckmäßig ist es, wenn die Randleiste federbelastet gelagert ist, sodass bei einem Öffnen der Abdeckung die Randleiste mittels Federkraft ausgefahren wird. Entsprechend kann die Randleiste bei einem Schließen der Abdeckung, insbesondere aufgrund einer mit der Abdeckung auf die Randleiste ausgeübten Kraft, entgegen der Federkraft eingefahren werden. In einem mit der Abdeckung geschlossenen Zustand der Durchgangsöffnung liegt die Randleiste üblicherweise an der Abdeckung, in der Regel einer der Durchgangsöffnung zugewandten Seite der Abdeckung, an. Wenn die Abdeckung für ein Öffnen der Durchgangsöffnung angehoben wird, kann auf diese Weise ein entstehender Öffnungsspalt zwischen Rand der Durchgangsöffnung und Abdeckung bis zu einer bestimmten Öffnungsspalthöhe des Öffnungsspaltes mit der Randleiste ausgeglichen werden. Alternativ oder kumulativ kann es günstig sein, wenn die Randleiste mittels eines, insbesondere elektrischen, hydraulischen oder pneumatischen, Antriebes steuerbar einfahrbar bzw. ausfahrbar ist. A high level of dirt resistance can be achieved if the base has an edge strip that can be extended relative to a substructure of the base, so that the edge strip in the extended state at least partially, preferably essentially completely, surrounds the through-opening in order to create a barrier against dirt penetrating into the through-opening when the cover is open to build. The edge strip can usually be extended in the direction of passage of the through-opening, in particular in a direction orthogonal to the opening surface of the through-opening. As a rule, when the charging device is in use, the edge strip can be extended from a low position in relation to the floor level to a high position, in which position the edge strip usually protrudes beyond an adjacent surrounding area or floor area. It is expedient if the edge strip is designed in such a way that, in the extended state, it protrudes beyond the edge of the passage opening and at least partially, preferably essentially completely, surrounds it in order to form a barrier against dirt penetrating into the passage opening when the cover is open. It is usually provided that the edge strip does not protrude beyond the through opening or its edge when the edge strip is not in the extended state. A high level of application practicability can be achieved if the edge strip is designed in such a way that it can be extended when the cover is opened in the direction of passage of the through-hole in order to form a barrier against the ingress of dirt. It is expedient if the edge strip is spring-loaded, so that the edge strip is extended by spring force when the cover is opened. Correspondingly, when the cover is closed, the edge strip can be retracted against the spring force, in particular due to a force exerted on the edge strip by the cover. When the through-opening is closed with the cover, the edge strip usually rests against the cover, generally on a side of the cover that faces the through-opening. If the cover is lifted to open the through-opening, an opening gap that arises between the edge of the through-opening and the cover can be compensated for up to a specific opening gap height of the opening gap with the edge strip. Alternatively or cumulatively, it can be favorable if the edge strip can be retracted or extended in a controllable manner by means of a drive, in particular an electric, hydraulic or pneumatic drive.
Je nach konkreter Ausgestaltung können eine oder mehrere solche Randleisten zweckmäßig sein. Im Besonderen kann es günstig sein, wenn mehrere Randleisten zumindest abschnittsweise parallel und/oder zumindest abschnittsweise einander umschließend und/oder konzentrisch zueinander angeordnet sind, um eine mehrfache Barriere gegen Verschmutzungen zu bilden. Es hat sich bewährt, wenn die Randleiste in einem ausgefahrenen Zustand den Rand der Durchgangsöffnung bzw. ein an diese angrenzendes Umgebungsniveau oder Bodenniveau um zumindest 2 cm, insbesondere 3 cm, bevorzugt 4 cm, insbesondere bevorzugt 5 cm, in der Regel zwischen 2 cm und 10 cm überragt. Damit ist eine effiziente Barriere gegen Verschmutzungen geschaffen. Dies ist insofern von besonderer Bedeutung als Verschmutzungen ein vorgesehenes Schließen der Abdeckung behindern oder verhindern können und damit eine korrekte Funktionsweise der Ladeeinrichtung beeinträchtigen können. In einer besonders robusten Ausführung kann die Randleiste mit einem ausfahrbaren Zylindermantel gebildet sein. Dieser ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass dieser im ausgefahrenen Zustand das Bodenniveau, insbesondere auf vorgenannte Weise, überragt sowie im Besonderen den Öffnungsdurchgang bzw. deren Rand umschließt. Günstig ist es, wenn zumindest ein Sensorelement zur Messung eines Hindernisses für eine Öffnungsbewegung bzw. Schließbewegung der Abdeckung vorhanden ist. Ein solches Hindernis kann beispielsweise durch Verschmutzung, wie kleine Steine oder kleine Äste, vorhanden sein. Damit kann ein Einklemmen von solchen Hindernissen verhindert werden. Das Sensorelement kann beispielsweise als Druckleiste ausgebildet sein, welche eine auf die Druckleiste einwirkende Druckkraft, wenn beispielsweise ein Hindernis gegen die Druckleiste drückt, detektiert. Zweckmäßig ist es, wenn die Druckleiste seitlich an der Abdeckung und/oder an einer der Durchgangsöffnung zugewandten Seite der Abdeckung angeordnet ist. Die Druckleiste kann zumindest teilweise, insbesondere gänzlich, umfänglich um einen Flächenschwerpunkt der Abdeckung angeordnet sein bzw. zumindest teilweise, insbesondere gänzlich, die Durchgangsöffnung umlaufend angeordnet sein. Die Druckleiste kann beispielsweise komprimierbar ausgebildet sein, wobei eine Komprimierung der Druckleiste detektiert wird. Dies kann fehlerarm, mit Detektion bzw. Messung einer kapazitiven Abstandsänderung zwischen zwei voneinander beabstandeten Detektionsflächen der Druckleiste umgesetzt sein. Bevorzugt sind mehrere solche Sensorelemente vorhanden. Alternativ oder kumulativ kann das Sensorelement als Näherungssensor, beispielsweise basierend auf elektromagnetischer oder akustischer Reflexion umgesetzt sein. Depending on the specific configuration, one or more such edge strips can be expedient. In particular, it can be favorable if several edge strips are arranged parallel at least in sections and/or at least in sections enclosing and/or concentrically with one another in order to form a multiple barrier against dirt. It has proven useful if the edge strip, in an extended state, extends beyond the edge of the through-opening or a level surrounding it or the ground level by at least 2 cm, in particular 3 cm, preferably 4 cm, particularly preferably 5 cm, usually between 2 cm and 10 cm overhangs. This creates an efficient barrier against dirt. This is of particular importance insofar as dirt can impede or prevent the intended closing of the cover and thus impair correct functioning of the charging device. In a particularly robust design, the edge strip can be formed with an extendable cylinder jacket. This is preferably designed in such a way that, in the extended state, it protrudes beyond the floor level, in particular in the aforementioned manner, and in particular encloses the opening passage or its edge. It is favorable if there is at least one sensor element for measuring an obstacle to an opening movement or closing movement of the cover. Such an obstacle can be present, for example, due to dirt, such as small stones or small branches. This can prevent jamming of such obstacles. The sensor element can be designed as a pressure bar, for example, which detects a pressure force acting on the pressure bar, for example if an obstacle presses against the pressure bar. It is expedient if the pressure bar is arranged laterally on the cover and/or on a side of the cover facing the through-opening. The pressure bar can be arranged at least partially, in particular entirely, circumferentially around a centroid of the cover or at least partially, particularly entirely, circumferentially around the through-opening. The pressure bar can be designed to be compressible, for example, with compression of the pressure bar being detected. This can be implemented with little error by detecting or measuring a capacitive change in distance between two detection surfaces of the pressure bar that are spaced apart from one another. There are preferably several such sensor elements. Alternatively or cumulatively, the sensor element can be implemented as a proximity sensor, for example based on electromagnetic or acoustic reflection.
Für eine hohe Verschmutzungsunempfindlichkeit ist es vorteilhaft, wenn die Abdeckung an deren Unterseite ein oder mehrere Abrinnführungen aufweist, um an der Unterseite der Abdeckung sich sammelndes Wasser über die Abrinnführungen abzuführen. Zweckmäßig ist es, wenn die Abrinnführungen ausgebildet sind, Wasser von einem Zentrumsbereich der Unterseite der Abdeckung in Richtung eines Randbereiches der Abdeckung abzuleiten. Dadurch kann verhindert werden, dass Wasser auf das darunter befindliche erste Kopplungselement bzw. die Bewegungsvorrichtung tropft. Praktikabel ist es, wenn die Abrinnführung mit einer oder mehreren Erhebungen, insbesondere Kanten, einer Bodenfläche der Abdeckung gebildet ist, um Wasser entlang der Erhebungen abzuleiten. For a high degree of insensitivity to contamination, it is advantageous if the cover has one or more drainage guides on its underside, in order to drain away water that collects on the underside of the cover via the drainage guides. It is expedient if the drainage guides are designed to drain water from a central area of the underside of the cover in the direction of an edge area of the cover. This can prevent water from dripping onto the first coupling element or the movement device located underneath. It is practical if the drainage guide is formed with one or more elevations, in particular edges, on a bottom surface of the cover in order to drain water along the elevations.
Von Vorteil ist es, wenn das erste Kopplungselement und/oder die Bewegungsvorrichtung mit einem Federmechanismus an der Basis gelagert ist, um in einem elektrischen Ladezustand eine Abstandsveränderung zwischen dem zweiten Kopplungselement und der Basis auszugleichen. Dadurch kann während eines Ladevorganges, wenn das erste Kopplungselement mit dem zweiten Kopplungselement verbunden ist, eine Bewegung des zweiten Kopplungselementes bzw. Elektrofahrzeuges in Richtung Basis ausgeglichen werden. Der Federmechanismus kann mit einem oder mehreren Federelementen gebildet sein. Zweckmäßig kann eine Dämpfung vorhanden sein, welche ein mechanisches Schwingen des Federmechanismus dämpft. Der Federmechanismus kann beispielsweise zwischen dem Kopplungselement und der Bewegungsvorrichtung und/oder zwischen der Bewegungsvorrichtung und der Basis angeordnet sein, beispielsweise an vorgenannten Armen und/oder Führungsbauteilen der Bewegungsvorrichtung. Günstig ist es, wenn der Federmechanismus derart ausgebildet ist, dass das erste Kopplungselement eine Einfederung zwischen 30 % und 70 %, insbesondere etwa 50 %, des Gesamtfederweges aufweist. Dies gilt bevorzugt im elektrischen Ladezustand, wenn das erste Kopplungselement mit dem zweiten Kopplungselement verbunden ist. It is advantageous if the first coupling element and/or the movement device is mounted on the base with a spring mechanism in order to compensate for a change in distance between the second coupling element and the base in an electrical charge state. As a result, during a charging process, when the first coupling element is connected to the second coupling element, a movement of the second coupling element or electric vehicle in the direction of the base. The spring mechanism can be formed with one or more spring elements. Dampening can expediently be present, which dampens mechanical oscillation of the spring mechanism. The spring mechanism can be arranged, for example, between the coupling element and the movement device and/or between the movement device and the base, for example on the aforementioned arms and/or guide components of the movement device. It is favorable if the spring mechanism is designed in such a way that the first coupling element has a deflection of between 30% and 70%, in particular approximately 50%, of the total spring travel. This applies preferably in the state of electrical charge when the first coupling element is connected to the second coupling element.
Günstig ist es, wenn die Bewegungsvorrichtung derart ausgebildet ist, dass diese bei Ausfall deren Betriebsstromes bzw. Energieversorgung das erste Kopplungselement selbsttätig in die Nichtladeposition zurückbewegt wird. Dies kann umgesetzt sein, indem die Bewegungsvorrichtung nicht selbsthemmend ausgebildet ist, sodass ein Zurückbewegen des ersten Kopplungselementes durch eine wirkende Gravitationskraft bewirkt wird. Alternativ oder kumulativ kann ein Notfallenergiespeicher, wie ein Akkumulator, vorgesehen sein, um eine für ein Zurückbewegen des ersten Kopplungselementes in die Nichtladeposition erforderliche Energie zur Verfügung zu stellen. Praktikabel ist es, wenn die Abdeckung derart ausgebildet ist, dass diese bei Ausfall deren Betriebsstromes bzw. Energieversorgung selbsttätig in eine Verschlussposition, in welcher die Abdeckung die Durchgangsöffnung verschließt, zurückbewegt wird. Hierzu kann beispielsweise eine Rückführungsfeder vorhanden sein, welche bei einem Öffnen der Abdeckung entgegen einer Federkraft der Rückführungsfeder elastisch verformt wird, sodass die Abdeckung mittels Entspannens der Rückführungsfeder in die Verschlussposition überführbar ist. Zweckmäßig ist es, wenn alternativ oder kumulativ der Notfallenergiespeicher ausgebildet ist, ein Schließen der Durchgangsöffnung mit der Abdeckung anzutreiben. It is favorable if the movement device is designed in such a way that if its operating current or energy supply fails, the first coupling element is automatically moved back into the non-loading position. This can be implemented in that the movement device is not designed to be self-locking, so that the first coupling element is moved back by an acting gravitational force. Alternatively or cumulatively, an emergency energy store, such as an accumulator, can be provided in order to make available the energy required to move the first coupling element back into the non-loading position. It is practical if the cover is designed in such a way that, if its operating current or energy supply fails, it is automatically moved back into a closed position in which the cover closes the passage opening. A return spring can be present for this purpose, for example, which is elastically deformed when the cover is opened against a spring force of the return spring, so that the cover can be moved into the closed position by relaxing the return spring. It is expedient if, alternatively or cumulatively, the emergency energy store is designed to drive a closing of the passage opening with the cover.
Von Vorteil ist es, wenn eine Heizeinrichtung vorhanden ist, um die Abdeckung, einen Randbereich der Durchgangsöffnung und/oder die Bewegungsvorrichtung für ein Enteisen zu beheizen. Die Heizeinrichtung kann praktikabel mit einem oder mehreren Heizdrähten gebildet sein. Zur Energieversorgung der Heizeinrichtung kann ein Heizeinrichtungsakkumulator und/oder Heizeinrichtungskondensator, bevorzugt in Form eines Superkondensators („Supercaps“) bzw. Ultrakondensators, vorgesehen sein. It is advantageous if a heating device is present in order to heat the cover, an edge area of the passage opening and/or the moving device for de-icing. The heating device can practicably be formed with one or more heating wires. To supply energy to the heating device, a Heater accumulator and/or heater capacitor, preferably in the form of a supercapacitor (“supercaps”) or ultracapacitor.
Für einen Verschmutzungsschutz des ersten Kopplungselementes ist es günstig, wenn das erste Kopplungselement eine, insbesondere steuerbar, öffenbare Schutzbedeckung aufweist, welche das erste Kopplungselement zumindest abschnittsweise, bevorzugt gänzlich, bedeckt. Die Schutzbedeckung ist meist starr mit dem ersten Kopplungselement verbunden. Vorzugsweise wird die Schutzbedeckung bei Erreichen einer vorgegebenen Höhe in Durchführungsrichtung, beispielsweise mit Wegbewegen der Schutzbedeckung oder eines Teiles dieser, geöffnet. Entsprechend ist es günstig, wenn das zweite Kopplungselement eine, insbesondere steuerbar, öffenbare Schutzbedeckung aufweist, welche das zweite Kopplungselement zumindest abschnittsweise, bevorzugt gänzlich, bedeckt. Diese kann analog zur vorgenannten Schutzbedeckung des ersten Kopplungselementes ausgebildet sein. Es versteht sich, dass die Schutzbedeckung des zweiten Kopplungselementes bzw. deren Ausbildung üblicherweise unabhängig davon ist, ob das erste Kopplungselement eine Schutzbedeckung aufweist oder wie diese ausgebildet ist. To protect the first coupling element from contamination, it is favorable if the first coupling element has a protective cover that can be opened, in particular in a controllable manner, and which covers the first coupling element at least in sections, preferably completely. The protective cover is usually rigidly connected to the first coupling element. The protective cover is preferably opened when a predetermined height is reached in the lead-through direction, for example when the protective cover or part of it is moved away. Accordingly, it is favorable if the second coupling element has a protective cover that can be opened, in particular in a controllable manner, and which covers the second coupling element at least in sections, preferably completely. This can be designed analogously to the aforementioned protective covering of the first coupling element. It goes without saying that the protective covering of the second coupling element or its design is usually independent of whether the first coupling element has a protective covering or how this is designed.
Um Verschmutzung zu verringern, ist es zweckmäßig, wenn eine Schutzhülle vorhanden ist, welche derart ausgebildet ist, dass diese im Ladezustand vom ersten Kopplungselement bis zumindest zur Durchgangsöffnung reicht. Auf diese Weise kann das erste Kopplungselement und jener Teil der Bewegungsvorrichtung, welcher im Ladezustand durch die Durchgangsöffnung hindurchgeführt ist, vor Verschmutzung geschützt werden. Die Schutzhülle kann vorzugsweise reversibel ausfahrbar ausgebildet sein. Zweckmäßig kann ein Abschnitt der Schutzhülle mit dem ersten Kopplungselement verbunden und mit diesem mitbewegbar sein. Beispielsweise kann die Schutzhüllen mit einem Faltenbalg gebildet sein. In order to reduce soiling, it is expedient if there is a protective cover which is designed in such a way that it extends from the first coupling element to at least the passage opening in the charging state. In this way, the first coupling element and that part of the movement device which is guided through the through-opening in the charging state can be protected from dirt. The protective cover can preferably be designed to be reversibly extendable. A section of the protective cover can expediently be connected to the first coupling element and can be moved with it. For example, the protective covers can be formed with a bellows.
Es hat sich bewährt, wenn zur Positionierung eines Elektrofahrzeuges an der Ladeeinrichtung eine Relativposition zwischen der Ladeinrichtung und dem Elektrofahrzeug, insbesondere dessen zweiten Kopplungselementes, mittels Ultraschalldetektion bestimmt wird. Hierzu kann die Ladeinrichtung einen oder mehrere Ultraschallbestimmungselemente in Form von Ultraschallempfängern und/oder Ultraschallsendern aufweisen. Bewährt hat es sich, wenn die Ladeeinrichtung einen oder mehrere Ultraschallempfänger aufweist, um ein von einem am Elektrofahrzeug bzw. zweiten Kopplungselement angeordnetem Ultraschallsender emittiertes Ultraschallsignal zur Bestimmung der Relativposition zu bestimmen. Die Bestimmung der Relativposition erfolgt in der Regel basierend auf einer Laufzeitmessung des Ultraschallsignals zwischen Ultraschallsender und Ultraschallempfänger. Von Vorteil ist es, wenn ein oder mehrere Ultraschallbestimmungselemente, in der Regel Ultraschallempfänger, starr mit dem ersten Kopplungselement verbunden sind. Korrespondierend dazu sind in der Regle ein oder mehrere Ultraschallbestimmungselemente, insbesondere Ultraschallsender, meist starr mit dem zweiten Kopplungselement verbunden. Auf diese Weise kann eine Relativposition zwischen den Kopplungselementen zur Einnahme der Ladeposition des ersten Kopplungselementes bzw. während eines Bewegens des ersten Kopplungselementes mit der Bewegungsvorrichtung zum zweiten Kopplungselement bestimmt werden. Zweckmäßig ist es, wenn mehrere Ultraschallbestimmungselemente beabstandet voneinander, in der Regel starr zueinander, angeordnet sind, um die Relativposition mittels Triangulation zu bestimmen. Praktikabel können die Ultraschallbestimmungselemente hierzu um die Abdeckung herum, insbesondere in regelmäßigen Abständen zueinander, angeordnet sein. It has proven useful if, in order to position an electric vehicle on the charging device, a relative position between the charging device and the electric vehicle, in particular its second coupling element, is determined by means of ultrasonic detection. For this purpose, the charging device can have one or more ultrasonic determination elements in the form of ultrasonic receivers and/or ultrasonic transmitters. It has proven itself when the charger has one or has a plurality of ultrasonic receivers in order to determine an ultrasonic signal emitted by an ultrasonic transmitter arranged on the electric vehicle or the second coupling element in order to determine the relative position. The relative position is generally determined based on a transit time measurement of the ultrasonic signal between the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver. It is advantageous if one or more ultrasound determination elements, usually ultrasound receivers, are rigidly connected to the first coupling element. Correspondingly, one or more ultrasound determination elements, in particular ultrasound transmitters, are usually rigidly connected to the second coupling element. In this way, a relative position between the coupling elements for assuming the loading position of the first coupling element or during a movement of the first coupling element with the movement device to the second coupling element can be determined. It is expedient if a plurality of ultrasound determination elements are arranged at a distance from one another, generally rigidly with respect to one another, in order to determine the relative position by means of triangulation. For this purpose, the ultrasound determination elements can be arranged around the cover, in particular at regular distances from one another.
Für eine präzise Detektion können Ultraschallempfänger als MEMS-Bauteile (Micro- Electro-Mechanical-Systems-Bauteile) ausgebildet sein. Bewährt hat es sich dann, wenn die Ultraschallempfänger als Mikrofone, insbesondere MEMS-Mikrofone, umgesetzt sind. MEMS-Mikrofone sind häufig belastungsempfindlich, weshalb es günstig ist, wenn diese in einem Nichtbetriebszustand mit einem zusätzlichen Abdeckbauteil geschützt werden. Alternativ oder kumulativ kann es günstig sein, ein oder mehrere Ultraschallbestimmungselemente einzusetzen, welche nicht als MEMS-Bauteile ausgebildet sind. Derartige Ultraschallbestimmungselemente sind besonders robust und können im Besonderen ohne zusätzliches Abdeckbauteil verbaut sein. Das Ultraschallbestimmungselement ist dann meist mit einem in einem Metallgehäuse angeordneten Piezoelement gebildet. In der Regel ist das Ultraschallbestimmungselement mit einem wasserdicht verkapselten Metallzylinder umgesetzt. Ultrasonic receivers can be designed as MEMS components (Micro Electro Mechanical Systems components) for precise detection. It has proven successful when the ultrasonic receivers are implemented as microphones, in particular MEMS microphones. MEMS microphones are often sensitive to stress, which is why it is beneficial if they are protected with an additional cover component in a non-operational state. Alternatively or cumulatively, it can be favorable to use one or more ultrasonic determination elements that are not designed as MEMS components. Ultrasound determination elements of this type are particularly robust and, in particular, can be installed without an additional cover component. The ultrasonic determination element is then usually formed with a piezoelectric element arranged in a metal housing. As a rule, the ultrasonic detection element is implemented with a watertight encapsulated metal cylinder.
Um Verschmutzungen zu vermeiden, ist es günstig, wenn das zumindest eine Ultraschallbestimmungselement mit einem öffenbaren Abdeckbauteil bedeckbar ist. Das Abdeckbauteil kann mit Rotieren und/oder Verschieben desselben oder eines Teiles davon öffenbar sein. Dies gilt besonders im Fall von MEMS-Mikrofonen, da diese häufig belastungsempfindlich sind. Praktikabel ist es, wenn das Abdeckbauteil mit mehreren relativ zueinander verschiebbaren Abdeckbauteilsegmenten gebildet ist, wobei durch relatives Verschieben der Abdeckbauteilsegmente eine Bedeckung des Ultraschallbestimmungselementes herstellbar bzw. aufhebbar ist. Eine hohe Robustheit ist erreichbar, wenn das Abdeckbauteil eine das Ultraschallbestimmungselement umschließende Kuppel bildet, wobei die Kuppel mit mehreren relativ zueinander verschiebbaren Kuppelsegmenten gebildet ist. In order to avoid contamination, it is favorable if the at least one ultrasonic determination element can be covered with an openable cover component. The cover component can rotate and/or move the same or a part be openable from it. This is especially true in the case of MEMS microphones, as these are often sensitive to strain. It is practicable if the covering component is formed with a plurality of covering component segments that can be displaced relative to one another, with covering of the ultrasonic determination element being able to be produced or removed by relative displacement of the covering component segments. A high degree of robustness can be achieved if the covering component forms a dome enclosing the ultrasonic determination element, the dome being formed with a plurality of dome segments which can be displaced relative to one another.
Bewährt hat es sich, wenn ein oder mehrere der Ultraschallbestimmungselemente an einem aus einer Ausfahrbasis ausfahrbaren Ausfahrelement angeordnet sind, sodass in einem ausgefahrenen Zustand des Ausfahrelementes ein Betrieb der Ultraschallbestimmungselemente ermöglicht und in einem eingefahrenen Zustand des Ausfahrelementes die Ultraschallbestimmungselemente von der Ausfahrbasis bedeckt sind. Auf diese Weise können Sender bzw. Sensoren je nach Bedarf ausgefahren werden und sind in einem eingefahrenen Zustand vor Verschmutzungen geschützt. Hierzu können ein oder mehrere Ultraschallbestimmungselemente an einer Mantelfläche des Zylinders angeordnet oder in diese integriert sind. Zweckmäßig können ein oder mehrere Ausfahrelemente vorhanden sein, insbesondere an der Basis und/oder am ersten Kopplungselement und/oder an der Abdeckung, angeordnet sein. Die Ausfahrbasis kann durch einen Abschnitt der Basis, des zweiten Kopplungselementes oder der Abdeckung gebildet oder in einen solchen integriert sein. Praktikabel ist es, wenn das Ausfahrelement vertikal aus der Ausfahrbasis ausfahrbar ist. Günstig ist es, wenn das Ausfahrelement federbelastet an der Ausfahrbasis gelagert ist, sodass das Ausfahrelement bei Kraftbelastung auf dieses, beispielsweise wenn dieses von einem Elektrofahrzeug überrollt wird, zumindest teilweise oder gänzlich in die Ausfahrbasis hineindrückbar ist. It has proven useful if one or more of the ultrasonic determination elements are arranged on an extension element that can be extended from an extension base, so that operation of the ultrasonic determination elements is possible when the extension element is in an extended state, and the ultrasonic determination elements are covered by the extension base in a retracted state of the extension element. In this way, transmitters or sensors can be extended as required and are protected from dirt when retracted. For this purpose, one or more ultrasonic determination elements can be arranged on a lateral surface of the cylinder or integrated into it. One or more extension elements can expediently be present, in particular arranged on the base and/or on the first coupling element and/or on the cover. The deployment base may be formed by or integrated into a portion of the base, the second docking element, or the cover. It is practical if the extension element can be extended vertically out of the extension base. It is favorable if the extension element is mounted spring-loaded on the extension base, so that the extension element can be pressed at least partially or completely into the extension base when a force is applied to it, for example if it is run over by an electric vehicle.
Alternativ oder kumulativ zur Relativpositionsbestimmung mittels Ultraschallübertragung ist es zweckmäßig, wenn eine Relativposition zwischen der Ladeeinrichtung und dem Elektrofahrzeug bzw. zwischen den Kopplungselementen mittels UWB- Funksignalübertragung (Ultra-Breitband-Funksignalübertragung) erfolgt. Dabei wird in der Regel ein Frequenzbereich mit einer Bandbreite von mehr als 500 MHz genutzt. Hierzu kann die Ladeeinrichtung ein oder mehrere UWB-Bestimmungselemente in Form von UWB-Empfängern und/oder UWB-Sendern aufweisen. Die UWB-Bestimmungselemente, insbesondere UWB-Empfänger bzw. UWB-Sender, können in analoger Weise zu vorgenannten Ultraschallbestimmungselementen, insbesondere Ultraschallsender bzw. Ultraschallempfänger, an der Ladeinrichtung bzw. dem Elektrofahrzeug bzw. dem ersten Kopplungselement bzw. dem zweiten Kopplungselement angeordnet sein. Eine Relativpositionsbestimmung erfolgt dabei in der Regel basierend auf einer Laufzeitmessung eines zwischen UWB-Sender und UWB-Empfänger übertragenen UWB- Funksignals. Im Besonderen kann beispielsweise ein UWB-Sender am ersten Kopplungselement und ein UWB-Empfänger am zweiten Kopplungselement angeordnet sein; auch umgekehrte Konstellationen sind möglich. Möglich ist es auch, dass UBW- Elemente, also UWB-Sender oder UWB-Empfänger, an der Abdeckung wie einem Deckel angeordnet sind. Beispielsweise können an der Abdeckung wie einem Deckel mehrerer Doppelantennen angeordnet sein, insbesondere in einem Quadrat. Die Antennen können wasserdicht verkapselt sein, beispielsweise durch eine Ummantelung mit einem Kunststoff wie einem Harz oder einem Silicon. Eine ausgeprägte Präzision ist dabei erreichbar, wenn sich der UWB-Sender bzw. UWB-Empfänger in einem Querschnitt durch das jeweilige Kopplungselement in einem Zentrumsbereich des jeweiligen Kopplungselementes befindet. As an alternative or in addition to determining the relative position by means of ultrasonic transmission, it is expedient if a relative position between the charging device and the electric vehicle or between the coupling elements takes place by means of UWB radio signal transmission (ultra broadband radio signal transmission). As a rule, a frequency range with a bandwidth of more than 500 MHz is used. To this end, the charging device can have one or more UWB determination elements in the form of UWB receivers and/or UWB transmitters. The UWB Provisions, in particular UWB receivers or UWB transmitters can be arranged in a manner analogous to the aforementioned ultrasonic determination elements, in particular ultrasonic transmitters or ultrasonic receivers, on the charging device or the electric vehicle or the first coupling element or the second coupling element. A relative position is generally determined based on a propagation time measurement of a UWB radio signal transmitted between the UWB transmitter and the UWB receiver. In particular, for example, a UWB transmitter can be arranged on the first coupling element and a UWB receiver can be arranged on the second coupling element; reverse constellations are also possible. It is also possible for UBW elements, ie UWB transmitters or UWB receivers, to be arranged on the cover like a lid. For example, several double antennas can be arranged on the cover like a cover, in particular in a square. The antennas may be encapsulated in a waterproof manner, for example by being coated with a plastic such as a resin or a silicone. Pronounced precision can be achieved if the UWB transmitter or UWB receiver is located in a central area of the respective coupling element in a cross section through the respective coupling element.
Günstig ist es wenn eines der Kopplungselemente, beispielsweise das erste Kopplungselement, einen magnetischen Sensor, insbesondere einen Hall-Sensor, aufweist, und das andere Kopplungselement, beispielsweise das zweite Kopplungselement, einen Magneten, beispielsweise einen Permanentmagneten oder eine Magnetfeld erzeugende Spule, aufweist, wobei der magnetische Sensor ausgebildet ist, eine Anwesenheit und/oder einen Abstand und/oder eine Ausrichtung zum Magneten, bei relativer Annäherung der Kopplungselemente zu erkennen. Dadurch ist eine Genauigkeit einer relativen Positionsbestimmen der Kopplungselemente erhöhbar. Der Hall-Sensor ist bevorzugt als 3-D-Hall-Sensor ausgebildet, sodass insbesondere ein dreidimensionaler Vektor einer magnetischen Flussdichte messbar ist. Es versteht sich, dass der magnetische Sensor auch im zweiten Kopplungselement und der Magnet im ersten Kopplungselement angeordnet sein kann, wenngleich sich eine Anordnung des magnetischen Sensors im ersten Kopplungselement als praktikabler erwiesen hat. Alternativ ist es möglich, dass der magnetische Sensor an der Bewegungsvorrichtung angeordnet ist. Für eine hohe Präzision ist es günstig, wenn mehrere solche magnetischen Sensoren, insbesondere mehrere Hall-Sensoren, vorgesehen sind. Zweckmäßig können diese zur Relativpositionsbestimmung differenziell ausgewertet werden. Dadurch können Einflüsse von magnetischen Störfeldern minimiert werden. Beispielsweise können zwei oder mehrere Hall-Sensoren am ersten oder zweiten Kopplungselement angeordnet bzw. in diesem verbaut sein und zur Relativpositionsbestimmung zwischen den Kopplungselementen Signale der Hall- Sensoren differenziell ausgewertet werden. It is favorable if one of the coupling elements, for example the first coupling element, has a magnetic sensor, in particular a Hall sensor, and the other coupling element, for example the second coupling element, has a magnet, for example a permanent magnet or a coil that generates a magnetic field, wherein the magnetic sensor is designed to detect a presence and/or a distance and/or an orientation to the magnet when the coupling elements come relatively close. As a result, the accuracy of a relative position determination of the coupling elements can be increased. The Hall sensor is preferably designed as a 3D Hall sensor, so that in particular a three-dimensional vector of a magnetic flux density can be measured. It goes without saying that the magnetic sensor can also be arranged in the second coupling element and the magnet in the first coupling element, although an arrangement of the magnetic sensor in the first coupling element has proven to be more practicable. Alternatively, it is possible for the magnetic sensor to be arranged on the moving device. For a high level of precision, it is favorable if a number of such magnetic sensors, in particular a number of Hall sensors, are provided. These can expediently be evaluated differentially to determine the relative position. In this way, influences from magnetic interference fields can be minimized. For example, two or more Hall sensors can be arranged on or installed in the first or second coupling element and signals from the Hall sensors can be evaluated differentially to determine the relative position between the coupling elements.
Insbesondere hat es sich bewährt, wenn eine vorgenannte Relativpositionsbestimmung mittels Ultraschallübertragung oder eine vorgenannte Relativpositionsbestimmung mittels UWB-Funksignalübertragung mit einer vorgenannten magnetischen Detektion mittels magnetischen Sensors kombiniert umgesetzt ist. Dadurch ist eine hohe Präzision erreichbar, insbesondere wenn als magnetischer Sensor ein 3-D-Hall-Sensor verwendet ist. Für eine sehr hohe Genauigkeit können aber auch alle drei Varianten kombiniert sein. In particular, it has proven useful if an aforementioned determination of the relative position by means of ultrasonic transmission or an aforementioned determination of the relative position by means of UWB radio signal transmission is combined with an aforementioned magnetic detection by means of magnetic sensors. As a result, high precision can be achieved, in particular when a 3D Hall sensor is used as the magnetic sensor. However, all three variants can also be combined for very high accuracy.
Alternativ oder kumulativ zu vorgenannter Relativpositionsbestimmung mittels magnetischen Sensors kann eine Relativpositionsbestimmung mittels einer Kamera durchgeführt werden, um mit Kameraaufnahmen eine Relativposition zwischen den Kopplungselementen zu bestimmen. Eine hohe Genauigkeit ist, wie vorgenannt ausgeführt, mit einer Kombination mit Ultraschallübertragung oder UWB- Funksignalübertragung erreichbar. Alternativ oder kumulativ kann auch eine Infrarot- Einheit, aufweisend einen oder mehrere Infrarot-Näherungssensoren, vorgesehen sein, um eine Relativposition zwischen den Kopplungselementen zu bestimmen. As an alternative or in addition to the aforementioned relative position determination using magnetic sensors, a relative position determination can be carried out using a camera in order to determine a relative position between the coupling elements using camera recordings. As stated above, high accuracy can be achieved with a combination of ultrasonic transmission or UWB radio signal transmission. Alternatively or cumulatively, an infrared unit having one or more infrared proximity sensors can also be provided in order to determine a relative position between the coupling elements.
Von Vorteil ist es, wenn ein Ladesystem zum elektrischen Laden eines Elektrofahrzeuges vorhanden ist, umfassend eine, insbesondere vorgenannte, Ladeeinrichtung und ein an einem Elektrofahrzeug anordenbares zweites Kopplungselement, wobei zur Herstellung einer elektrischen Verbindung das erste Kopplungselement und das zweite Kopplungselement formschlüssig miteinander verbindbar sind. Entsprechend vorgenannter Merkmale bzw. Wirkungen der Ladevorrichtung kann auf diese Weise ein Laden eines Elektrofahrzeuges robust und wenig verschmutzungsanfällig durchgeführt werden. It is advantageous if there is a charging system for electrically charging an electric vehicle, comprising a charging device, in particular the aforementioned charging device, and a second coupling element that can be arranged on an electric vehicle, with the first coupling element and the second coupling element being able to be connected to one another in a form-fitting manner in order to establish an electrical connection. In accordance with the aforementioned features or effects of the charging device, an electric vehicle can be charged in this way in a robust manner and with little susceptibility to contamination.
Für eine hohe Robustheit ist es vorteilhaft, wenn zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen dem ersten Kopplungselement und zweiten Kopplungselement zumindest ein erstes Kontaktelement des ersten Kopplungselementes mit zumindest einem zu diesem korrespondierendem zweiten Kontaktelement des zweiten Kopplungselementes unter Herstellung einer Pressverbindung elektrisch kontaktierbar ist, wobei die Pressverbindung mit Verformung einer Schraubenfeder erfolgt. Pressverbindung bezeichnet dabei eine reversible Kraftschlussverbindung bzw. Reibschlussverbindung. Günstig ist es, wenn die Schraubenfeder in Bezug auf eine Mittellinie durch deren Windungen schräg gewickelt ist. Dadurch kann eine robuste, gegen Stöße widerstandsfähige Verbindung zwischen den Kontaktelementen hergestellt werden. Indem die Windungen der Feder in Bezug auf die Mittellinie durch die Windungen der Feder schräg gewickelt sind, kann ein gleichbleibendes Verformungsverhalten der Feder auch bei aufeinanderfolgender Vielfachverformung sowie eine hohe Verschmutzungsresistenz sichergestellt werden. Die Windungen sind dabei üblicherweise in einem nicht gespannten Zustand der Feder in Bezug auf die Mittellinie durch die Windungen mit einem Winkel zwischen 20° und 70°, häufig zwischen 30° und 60°, insbesondere zwischen 40° und 50°, schräg ausgerichtet. Die Schraubenfeder kann dabei am ersten und/oder zweiten Kopplungselement angeordnet sein. For a high level of robustness, it is advantageous if an electrical connection is established between the first coupling element and the second coupling element at least one first contact element of the first coupling element can be electrically contacted with at least one corresponding second contact element of the second coupling element, producing a press connection, the press connection taking place with deformation of a helical spring. Press connection designates a reversible non-positive connection or friction connection. It is favorable if the helical spring is wound obliquely with respect to a center line through its coils. This allows a robust connection between the contact elements that is resistant to shocks to be produced. By winding the coils of the spring obliquely with respect to the center line through the coils of the spring, a constant deformation behavior of the spring can be ensured even with successive multiple deformations and a high resistance to contamination. When the spring is in a non-tensioned state, the windings are usually oriented at an angle of between 20° and 70°, frequently between 30° and 60°, in particular between 40° and 50°, with respect to the center line through the windings. The helical spring can be arranged on the first and/or second coupling element.
Die Schraubenfeder ist üblicherweise derart ausgebildet, dass die Mittellinie kreissegmentförmig oder kreisförmig geformt ist. Bevorzugt ist die Mittellinie in sich geschlossen bzw. kreisförmig ausgebildet, d. h. die Schraubenfeder bildet dann eine Kreisfeder. Eine hohe Haltbarkeit ist erreichbar, wenn die Verformung der Schraubenfeder winklig, insbesondere orthogonal, zur Mittellinie erfolgt. Praktikabel kann die elektrische Verbindung jeweils zwischen mehreren jeweils zueinander korrespondierenden ersten Kontaktelementen und zweiten Kontaktelementen umgesetzt sein. The coil spring is usually designed in such a way that the center line is shaped like a segment of a circle or a circle. Preferably, the center line is closed or circular, i. H. the helical spring then forms a circular spring. High durability can be achieved if the coil spring is deformed at an angle, in particular orthogonally, to the center line. The electrical connection can be implemented in a practical manner between a plurality of first contact elements and second contact elements that correspond to one another.
Von Vorteil ist es demgemäß, wenn zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen erstem Kopplungselement und zweitem Kopplungselement das erste Kopplungselement zumindest ein erstes Kontaktelement und eine, bevorzugt in Bezug auf eine Mittellinie durch deren Windungen schräg gewickelte, Schraubenfeder aufweist, um das erste Kontaktelement mit einem zu diesem korrespondierenden zweiten Kontaktelement des zweiten Kopplungselementes unter Herstellung einer mit Verformung der Schraubenfeder gebildeten Pressverbindung elektrisch zu kontaktieren. Es versteht sich, dass das erste und/oder zweite Kopplungselement derart ausgebildet sein kann. Zweckmäßig ist es, wenn die Schraubenfeder derart angeordnet ist, dass diese in einem verbundenen Zustand der Kopplungselemente zwischen dem jeweiligen ersten Kontaktelement und zu diesem korrespondierenden zweiten Kontaktelement angeordnet ist, sodass bei einer elektrischen Energieübertragung zwischen den Kontaktelementen Energie über die Schraubenfeder übertragen wird. Dadurch sind mit der Feder mehrfache Kontaktpunkte sowohl zwischen der Feder und dem ersten Kontaktelement als auch zwischen der Feder und dem zweiten Kontaktelement herstellbar, wodurch durch eine genau definierte Anzahl von Kontaktpunkten eine sehr gleichmäßige Stromverteilung, insbesondere auch bei hohem Verschmutzungsgrad, erreichbar ist. Dies gilt besonders wenn die Schraubenfeder schräg gewickelt ist. Accordingly, it is advantageous if, in order to produce an electrical connection between the first coupling element and the second coupling element, the first coupling element has at least one first contact element and a helical spring, preferably wound diagonally with respect to a center line through its windings, in order to connect the first contact element with a to make electrical contact with this corresponding second contact element of the second coupling element, producing a press connection formed by deformation of the helical spring. It goes without saying that the first and/or second coupling element can be designed in this way. It is expedient if the helical spring is arranged in such a way that, when the coupling elements are in a connected state, it is arranged between the respective first contact element and the second contact element corresponding thereto, so that when electrical energy is transmitted between the contact elements, energy is transmitted via the helical spring. As a result, multiple contact points can be produced with the spring both between the spring and the first contact element and between the spring and the second contact element, whereby a very even current distribution can be achieved through a precisely defined number of contact points, especially with a high degree of contamination. This is especially true when the coil spring is wound at an angle.
Für eine hohe Robustheit ist es von Vorteil, wenn das zumindest eine erste Kontaktelement und/oder das zumindest eine zweite Kontaktelement in einem Querschnitt durch dieses im Wesentlichen kreisförmig, bevorzugt kreisringförmig, ist und von der Schraubenfeder bzw. deren Mittellinie umlaufen ist. Die Schraubenfeder kann dabei formschlüssig, kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig mit dem ersten Kontaktelement oder zweiten Kontaktelement verbunden sein. Besonders günstig ist es, wenn die Schraubenfeder formschlüssig an einem der Kontaktelemente angeordnet ist, beispielsweise in einer Vertiefung des ersten oder zweiten Kontaktelementes. Üblicherweise ist dabei vorgesehen, dass die Schraubenfeder aus der Vertiefung hervorragt, um eine Pressverbindung mit dem jeweiligen anderen Kontaktelement zu erzeugen. Es können auch mehrere solche Schraubenfedern vorgesehen sein, welche am ersten Kontaktelement und/oder zweiten Kontaktelement angeordnet sind. For a high level of robustness, it is advantageous if the at least one first contact element and/or the at least one second contact element is essentially circular, preferably annular, in a cross section through it and is surrounded by the helical spring or its center line. The helical spring can be connected to the first contact element or second contact element in a form-fitting, force-fitting and/or cohesive manner. It is particularly favorable if the helical spring is arranged in a form-fitting manner on one of the contact elements, for example in a depression in the first or second contact element. It is usually provided that the helical spring protrudes from the recess in order to create a press connection with the respective other contact element. Several such coil springs can also be provided, which are arranged on the first contact element and/or second contact element.
Bewährt hat es sich, wenn das jeweilige Kopplungselement in einem Querschnitt durch dieses mehrere kreisförmige, bevorzugt kreisringförmige, erste bzw. zweite Kontaktelemente aufweist, wobei die Kontaktelemente versetzt, insbesondere konzentrisch zueinander angeordnet sind, wobei für jeweils korrespondierende Kontaktelemente der beiden Kopplungselemente eine, insbesondere vorgenannte, Schraubenfeder vorhanden ist, deren Mittellinie zumindest eines der zueinander korrespondierenden Kontaktelemente umläuft, um eine elektrische Kontaktierung zwischen den korrespondierenden Kontaktelementen unter Herstellung einer Pressverbindung mit der jeweiligen Schraubenfeder zu erzeugen. Dies ermöglicht eine sichere und robuste Kontaktierung zwischen den Kontaktelementen, insbesondere bei aufeinanderfolgender Vielfachverformung. Zweckmäßig kann dies zur Herstellung einer mehrphasigen elektrischen Verbindung umgesetzt sein, indem für jede Phase am ersten Kopplungselement und/oder zweiten Kopplungselement ein solche erstes bzw. zweites Kontaktelement vorhanden ist, wobei für jeweils phasengleiche Kontaktelemente eine solche Schraubenfeder vorhanden ist und diese auf vorgenannte Weise umläuft. Vorgenanntes gilt in analoger Weise für einen Erdungsleiter (PE-Leiter) bzw. einen Neutralleiter (N-Leiter), für welche jeweils ebenfalls zumindest ein Kontaktelement vorhanden sein kann. In der Regel sind erste Kontaktelemente und zweite Kontaktelemente jeweils für mehrere Phasen, insbesondere für eine Phase, zwei Phasen oder drei Phasen, sowie für einen Neutralleiter und gegebenenfalls einen PE-Leiter vorhanden. Alternativ können in analoger Weise für ein Gleichstromladen jeweils, insbesondere vorgenannt ausgebildete, zueinander korrespondierende erste Kontaktelemente bzw. zweite Kontaktelemente für einen positiven Leitungspol (DC+) und einen negativen Leitungspol (DC-) sowie gegebenenfalls für einen Erdungsleiter (PE- Leiter) vorhanden sein. In der Regel sind die Schraubenfedern entweder am ersten Kopplungselement oder am zweiten Kopplungselement bzw. an den ersten Kontaktelementen oder den zweiten Kontaktelementen angeordnet. It has proven useful if the respective coupling element has a plurality of circular, preferably annular, first or second contact elements in a cross section through it, with the contact elements being offset, in particular arranged concentrically with respect to one another, with one contact element, in particular the aforementioned one, for each corresponding contact element of the two coupling elements , Helical spring is present, the center line of which runs around at least one of the mutually corresponding contact elements in order to produce electrical contact between the corresponding contact elements, producing a press connection with the respective helical spring. This enables a secure and robust contacting between the contact elements, especially with consecutive multiple deformation. This can expediently be implemented to produce a multi-phase electrical connection by providing such a first or second contact element for each phase on the first coupling element and/or second coupling element, with such a helical spring being present for each phase-same contact element and rotating in the aforementioned manner . The above applies in an analogous manner to a grounding conductor (PE conductor) or a neutral conductor (N conductor), for which at least one contact element can also be present in each case. As a rule, first contact elements and second contact elements are each present for a plurality of phases, in particular for one phase, two phases or three phases, as well as for a neutral conductor and possibly a PE conductor. Alternatively, in an analogous manner for direct current charging, there can be first contact elements or second contact elements, in particular configured as mentioned above, which correspond to one another for a positive line pole (DC+) and a negative line pole (DC-) and, if necessary, for a grounding conductor (PE conductor). As a rule, the helical springs are arranged either on the first coupling element or on the second coupling element or on the first contact elements or the second contact elements.
Ein einfacher und robuster Aufbau ist erreichbar, wenn in einem Kontaktierungszustand zwischen den ersten Kontaktelementen und zweiten Kontaktelementen in einem Querschnitt durch die Kopplungselemente mehrere Schraubenfedern konzentrisch zueinander angeordnet sind. In der Regel sind die Schraubenfedern dabei mit unterschiedlichen Durchmessern bzw. Umfängen ausgebildet und voneinander beabstandet um einen gemeinsamen Mittelpunkt angeordnet. A simple and robust structure can be achieved if, in a contacting state, a plurality of coil springs are arranged concentrically with one another in a cross section through the coupling elements between the first contact elements and second contact elements. As a rule, the helical springs are designed with different diameters or circumferences and are spaced apart from one another around a common center point.
Für eine fehlerarme Verbindung ist es günstig, wenn mehrere Schraubenfedern bzw. deren Mittellinien, insbesondere wenn diese unterschiedlichen Phasen oder Polen zugeordnet sind, im Wesentlichen in einer Ebene angeordnet sind. Günstig für eine hohe Sicherheit ist es, wenn jene Schraubenfeder, welche einem Kontaktelement eines Schutzleiters zugeordnet ist, derart versetzt zu anderen Schraubenfedern angeordnet ist, dass bei einem Verbinden der Kopplungselemente zuerst eine Pressverbindung mit der dem Schutzleiter zugeordneten Schraubenfeder und anschließend eine Pressverbindung mit den anderen Schraubenfedern umgesetzt wird. Hierzu kann die Schraubenfeder des Schutzleiters anderen Schraubenfedern desselben Kopplungselementes entgegen einer Verbindungsrichtung der Kopplungselemente vorgelagert angeordnet sein. Entsprechend kann das erste Kopplungselement und/oder zweite Kopplungselement in einem Querschnitt durch dieses mit einer derartigen Anordnung von konzentrisch zueinander angeordneten Schraubenfedern, welche insbesondere auf vorgenannte Weise in einer Ebene angeordnet sind, ausgebildet sein. Die jeweiligen Schraubenfedern können sich aber auch auf die beiden Kopplungselemente verteilen. For a low-error connection, it is favorable if a plurality of helical springs or their center lines, in particular if they are assigned to different phases or poles, are arranged essentially in one plane. It is favorable for a high level of security if the helical spring which is assigned to a contact element of a protective conductor is arranged offset to other helical springs such that when the coupling elements are connected, first a press connection is made with the helical spring assigned to the protective conductor and then a press connection is made with the others Coil springs is implemented. For this purpose, the coil spring of the protective conductor other coil springs of the same coupling element against a Connection direction of the coupling elements can be arranged upstream. Correspondingly, the first coupling element and/or second coupling element can be formed in a cross section through it with such an arrangement of helical springs arranged concentrically to one another, which are arranged in one plane in particular in the aforementioned manner. However, the respective coil springs can also be distributed over the two coupling elements.
Je nach zu übertragender elektrischer Leistung können die ersten Kontaktelemente und/oder zweiten Kontaktelemente mit unterschiedlichen Dicken bzw. Querschnittsflächen ausgebildet sein. Zur Übertragung von hohen Leistungen kann es günstig sein, wenn eine oder mehrere Kühlvorrichtungen, beispielsweise von einem Kühlmittel durchströmbare Kühlkanäle, vorhanden sind, um die Kontaktelemente zu kühlen. Depending on the electrical power to be transmitted, the first contact elements and/or second contact elements can be formed with different thicknesses or cross-sectional areas. For the transmission of high power, it can be advantageous if one or more cooling devices, for example cooling channels through which a coolant can flow, are present in order to cool the contact elements.
Zweckmäßig ist es, wenn eines der Kopplungselemente einen Koppelstecker und das andere Kopplungselement zumindest eine zum Koppelstecker formkorrespondierende Koppelaufnahme aufweist, um die Kopplungselemente mit zumindest teilweisem, vorzugsweise gänzlichem, Einfügen des Koppelsteckers in die Koppelaufnahme formschlüssig und/oder kraftschlüssig miteinander zu verbinden bzw. zu kontaktieren. Für ein praktikables Verbinden ist es günstig, wenn die Kopplungselemente selbstzentrierend zueinander ausgebildet sind. Dabei ist üblicherweise vorgesehen, dass zumindest eine mit der Koppelaufnahme in Verbindung tretende Außenoberfläche des Koppelsteckers derart formkorrespondierend zu einer Führungsoberfläche der Koppelaufnahme ausgebildet ist, dass bei nicht gänzlich fluchtender Ausrichtung von Koppelstecker zu Koppelaufnahme bei deren Verbinden, der Koppelstecker von der Führungsoberfläche der Koppelaufnahme in die vorgesehene Kontaktierungsposition geführt wird. It is expedient if one of the coupling elements has a coupling plug and the other coupling element has at least one coupling receptacle that corresponds in shape to the coupling plug, in order to connect or contact the coupling elements with at least partial, preferably complete, insertion of the coupling plug into the coupling receptacle in a positive and/or non-positive manner . For a practicable connection, it is favorable if the coupling elements are designed to be self-centering with respect to one another. It is usually provided that at least one outer surface of the coupling plug that comes into contact with the coupling receptacle is designed to correspond in shape to a guide surface of the coupling receptacle such that if the alignment of the coupling plug to the coupling receptacle is not completely aligned when they are connected, the coupling plug slides from the guide surface of the coupling receptacle into the intended contacting position is performed.
Zweckmäßig ist es, wenn die Außenoberfläche und die Führungsoberfläche zumindest abschnittsweise als Rotationsfläche mit einer Rotationsachse in Richtung einer Einschubrichtung des Koppelsteckers ausgebildet sind, vorzugsweise zumindest abschnittsweise im Wesentlichen konusförmig, insbesondere als Mantelfläche eines Kegels oder Kegelstumpfens. Üblicherweise ist vorgesehen, dass die Außenoberfläche in Einschubrichtung axial zulaufend ausgebildet ist. Die Koppelaufnahme weist in der Regel eine dazu korrespondierende Form auf, um den Koppelstecker zumindest teilweise in die Koppelaufnahme einzufügen. Bevorzugt ist es, wenn der Koppelstecker verdrehungsunabhängig in Bezug auf eine Einschubachse in die Koppelaufnahme in diese einfügbar ist. It is expedient if the outer surface and the guide surface are designed at least in sections as a surface of revolution with an axis of rotation in the direction of an insertion direction of the coupling plug, preferably at least in sections essentially conical, in particular as the lateral surface of a cone or truncated cone. It is usually provided that the outer surface is designed to taper axially in the direction of insertion. The coupling receptacle generally has a corresponding shape in order to at least partially insert the coupling plug into the coupling receptacle. It is preferred if the coupling plug independent of rotation with respect to an insertion axis in the coupling receptacle can be inserted into the latter.
Zweckmäßig ist es, wenn das erste und/oder zweite Kopplungselement elektrische Signalkontakte zur Übertragung von Steuerungssignalen zwischen den Kopplungselementen im Kontaktierungszustand der Kopplungselemente aufweist. In der Regel ist fachüblich ein CP-Kontakt (Control-Pilot-Kontakt) und/oder ein PP-Kontakt (Proximity-Pilot-Kontakt) vorhanden. Die Signalkontakte können als Teil eines CAN- Bussystems und/oder LIN-Bussystems ausgebildet sein. Die elektrischen Signalkontakte können beispielsweise gefedert, insbesondere mit Federstiften, gebildet sein. It is expedient if the first and/or second coupling element has electrical signal contacts for the transmission of control signals between the coupling elements in the contacting state of the coupling elements. Usually there is a CP contact (Control Pilot contact) and/or a PP contact (Proximity Pilot contact) as is customary in the field. The signal contacts can be designed as part of a CAN bus system and/or LIN bus system. The electrical signal contacts can, for example, be spring-loaded, in particular formed with spring pins.
Günstig ist es, wenn das erste Kopplungselement in einer Richtung orthogonal zu einer Kontaktierungsrichtung, in welcher das erste Kopplungselement mit dem zweiten Kopplungselement kontaktierbar ist, entgegen einer mit einer oder mehreren Zentrierfedern ausgeübten Federkraft gelagert ist. Dadurch ist bei seitlicher Kraftbelastung auf das erste Kopplungselement eine Auslenkbarkeit des ersten Kopplungselementes gegeben bzw. eine selbsttätige Zentrierung. Die Zentrierfeder kann beispielsweise mit einem Federblechelement, insbesondere einer Federblechschlaufe, umgesetzt sein. Zweckmäßig ist die Zentrierfeder umfänglich um das erste Kopplungselement oder sind mehrere Zentrierfedern entlang eines Umfanges des ersten Kopplungselementes angeordnet. Das zweite Kopplungselement kann in analoger Weise mit einer oder mehreren Zentrierfedern gelagert sein. It is favorable if the first coupling element is mounted in a direction orthogonal to a contacting direction in which the first coupling element can be contacted with the second coupling element, counter to a spring force exerted by one or more centering springs. As a result, the first coupling element can be deflected or automatically centered when there is a lateral force load on the first coupling element. The centering spring can be implemented, for example, with a spring sheet metal element, in particular a spring sheet metal loop. The centering spring is expediently arranged circumferentially around the first coupling element or a plurality of centering springs are arranged along a circumference of the first coupling element. The second coupling element can be mounted in an analogous manner with one or more centering springs.
Vorteilhaft wird eine Steckverbindung zum Verbinden von elektrischen Leitungen, insbesondere zum Laden eines Elektrofahrzeuges, vorgeschlagen, umfassend ein erstes Kopplungselement und ein zweites Kopplungselement, welche zur Herstellung einer elektrischen Verbindung formschlüssig miteinander verbindbar sind, wobei das erste Kopplungselement zumindest ein erstes Kontaktelement und das zweite Kopplungselement zumindest ein zweites Kontaktelement aufweist, welche bei Verbinden der Kopplungselemente unter Herstellung einer Pressverbindung miteinander elektrisch kontaktierbar sind, wobei die Pressverbindung mit Verformung zumindest einer in Bezug auf eine Mittellinie durch deren Windungen schräg gewickelten Schraubenfeder erzeugt wird. Es versteht sich, dass das erste Kopplungselement und das zweite Kopplungselement dabei entsprechend vorgenannter Ausprägung im Rahmen einer Ladeeinrichtung bzw. eines Ladesystems ausgebildet sein können, insbesondere um analoge Wirkungen zu erreichen. Eine solche Steckverbindung, kann - unabhängig von einer Verwendung bei einer Ladeeinrichtung für Elektrofahrzeuge - für ein Verbinden von elektrischen Leitungen zweckmäßig sein. Entsprechend vorteilhaft wird ein solches erstes Kopplungselement bzw. zweites Kopplungselement zur Herstellung einer Steckverbindung zum Verbinden von elektrischen Leitungen vorgeschlagen. A plug-in connection for connecting electrical lines, in particular for charging an electric vehicle, is advantageously proposed, comprising a first coupling element and a second coupling element, which can be positively connected to one another to produce an electrical connection, the first coupling element having at least a first contact element and the second coupling element has at least one second contact element, which can be electrically contacted with one another when connecting the coupling elements by producing a press connection, the press connection being produced with deformation of at least one helical spring which is wound obliquely with respect to a center line through the coils thereof. It is understood that the first coupling element and the second coupling element in accordance with the aforementioned expression within the framework of a Charging device or a charging system can be designed, in particular to achieve analogous effects. Such a plug connection can be expedient for connecting electrical lines, regardless of whether it is used in a charging device for electric vehicles. Such a first coupling element or second coupling element for producing a plug-in connection for connecting electrical lines is proposed in a correspondingly advantageous manner.
Für eine hohe Verschmutzungsresistenz ist es günstig, wenn vorgenannte Schutzbedeckung eines oder mehrere, bevorzugt sämtliche, der ersten Kontaktelemente des ersten Kopplungselementes bedeckt. Praktikabel ist es, wenn die Schutzbedeckung mit einer Federkraft belastet ausgebildet ist, sodass die Schutzbedeckung mit Aufbringen einer Kraftbelastung entgegen der Federkraft öffenbar ist. Die Federkraft kann mit einem oder mehreren mit der Schutzbedeckung verbundenen Federbauteilen bewirkt werden. Damit ist ein selbsttägiges Bedecken bzw. Schließen der Schutzbedeckung praktikabel umsetzbar, wenn die Kraftbelastung nicht vorliegt. Zweckmäßig kann die Kraftbelastung zur Öffnung der Schutzbedeckung mit einem Teilstück des ersten Kopplungselementes oder zweiten Kopplungselementes aufgebracht werden, beispielsweise bei einer Annährung oder Kontaktierung des ersten Kopplungselementes an das bzw. mit dem zweiten Kopplungselement, insbesondere bei einer Annäherung der ersten Kontaktelemente an die zweiten Kontaktelemente. Das Teilstück kann beispielsweise mit den ersten oder zweiten Kontaktelementen gebildet sein. Vorteilhaft ist es, wenn die Schutzbedeckung beweglich relativ zu den ersten Kontaktelementen gelagert ist, sodass die Kraftbelastung durch Verschieben der Schutzbedeckung relativ zu den ersten Kontaktelementen bewirkt wird, beispielsweise indem die ersten Kontaktelemente oder zweiten Kontaktelemente eine Druckkraft auf die Abdeckung ausüben. Es können auch mehrere Schutzbedeckungen vorgesehen sein, welche, insbesondere auf vorgenannte Weise, unterschiedliche erste Kontaktelemente bedecken. Entsprechend ist es günstig, wenn das zweite Kopplungselement eine derartige Schutzbedeckung aufweist. Diese kann analog zur vorgenannten Schutzbedeckung des ersten Kopplungselementes ausgebildet sein, wobei die Schutzbedeckung eines oder mehrere, bevorzugt sämtliche, der zweiten Kontaktelemente des zweiten Kopplungselementes bedeckt. For a high resistance to contamination, it is favorable if the aforementioned protective covering covers one or more, preferably all, of the first contact elements of the first coupling element. It is practical if the protective cover is designed to be loaded with a spring force, so that the protective cover can be opened by applying a force load counter to the spring force. The spring force can be provided by one or more spring members connected to the protective cover. This means that self-covering or closing of the protective cover can be practically implemented if the force load is not present. The force load for opening the protective cover can expediently be applied with a section of the first coupling element or second coupling element, for example when the first coupling element approaches or makes contact with the second coupling element, in particular when the first contact elements approach the second contact elements. The section can be formed with the first or second contact elements, for example. It is advantageous if the protective cover is movably mounted relative to the first contact elements, so that the force is applied by moving the protective cover relative to the first contact elements, for example by the first contact elements or second contact elements exerting a compressive force on the cover. Several protective coverings can also be provided, which cover different first contact elements, in particular in the aforementioned manner. Accordingly, it is favorable if the second coupling element has such a protective covering. This can be designed analogously to the aforementioned protective covering of the first coupling element, with the protective covering covering one or more, preferably all, of the second contact elements of the second coupling element.
Praktikabel kann die Ladeeinrichtung bzw. das Ladesystem bzw. die Steckverbindung bei einem Personentransportsystem und/oder Gütertransportsystem, beispielsweise bei einem Logistikverteilerzentrum, wie einem Logistik-Hub, oder einem Taxistandplatz eingesetzt sein. The charging device or the charging system or the plug-in connection can be practical in a passenger transport system and/or goods transport system, for example in a logistics distribution center, such as a logistics hub, or a taxi stand.
Das erste Kopplungselement ist in der Regel mit einer oder mehreren elektrischen Leitungen verbunden, um über die elektrischen Leitungen transportierte elektrische Energie mit dem ersten Kopplungselement im Ladezustand zwischen dem ersten Kopplungselement und zweiten Kopplungselement auszutauschen. Um eine effiziente Energieübertragung durchzuführen, ist es günstig, wenn eine Kühleinrichtung vorhanden ist, um die elektrischen Leitungen zu kühlen. Die Kühleinrichtung kann beispielsweise mit einem, insbesondere flüssigen oder gasförmigen, Kühlmittel gebildet sein, welches die elektrischen Leitungen umgibt. Beispielsweise kann die Kühleinrichtung einen Kühlmittelkreislauf aufweisen, um die elektrischen Leitungen mit Kühlmittel des Kühlmittelkreislaufes zu kühlen. The first coupling element is generally connected to one or more electrical lines in order to exchange electrical energy transported via the electrical lines with the first coupling element in the charging state between the first coupling element and the second coupling element. In order to carry out an efficient energy transmission, it is favorable if a cooling device is present in order to cool the electrical lines. The cooling device can be formed, for example, with a coolant, in particular a liquid or gaseous coolant, which surrounds the electrical lines. For example, the cooling device can have a coolant circuit in order to cool the electrical lines with coolant from the coolant circuit.
Praktikabel ist es, wenn eine Zugentlastung für die elektrischen Leitungen vorhanden ist, um eine Anschlussverbindung der elektrischen Leitungen mit dem ersten Kopplungselement gegenüber auf die elektrischen Leitungen wirkende Zugkräfte zu entlasten. Die elektrischen Leitungen sind vorzugsweise mittels Ultraschallschweißen oder Laserschweißen mit dem ersten Kopplungselement verbunden. Dies ermöglicht eine robuste und platzsparende Verbindung. It is practicable if there is strain relief for the electrical lines, in order to relieve a terminal connection of the electrical lines with the first coupling element in relation to tensile forces acting on the electrical lines. The electrical lines are preferably connected to the first coupling element by means of ultrasonic welding or laser welding. This enables a robust and space-saving connection.
Bewährt hat es sich, wenn die Bewegungsvorrichtung auf vorgenannte Weise mit mehreren Armen, insbesondere als Delta-Roboter, ausgebildet ist. Dadurch sind praktikabel große Biegeradien der elektrischen Leitungen umsetzbar, sodass eine Belastung der elektrischen Leitungen reduziert ist. It has proven useful if the movement device is designed with a plurality of arms, in particular as a delta robot, in the aforementioned manner. As a result, practicably large bending radii of the electrical lines can be implemented, so that a load on the electrical lines is reduced.
Mit Vorteil ist ein Verfahren zum elektrischen Laden eines Elektrofahrzeuges der eingangs genannten Art umgesetzt, wobei eine, insbesondere erfindungsgemäße, Ladeeinrichtung vorhanden ist, wobei die Basis zumindest teilweise, vorzugsweise im Wesentlichen gänzlich, in einen Boden versenkt ist und das Elektrofahrzeug oberhalb der Ladeeinrichtung positioniert wird, wonach das erste Kopplungselement mit der Bewegungsvorrichtung von einer im Boden versenkten Nichtladeposition bei geöffneter Abdeckung durch die Durchgangsöffnung hindurch bewegt wird, um das erste Kopplungselement zur Einnahme einer Ladeposition bzw. zum Laden zum zweiten Kopplungselement zu führen. Entsprechend vorgenannten Vorteilen einer Ladeeinrichtung zum elektrischen Laden eines Elektrofahrzeuges bzw. eines Ladesystems, welche ein robustes und wenig verschmutzungsanfälliges elektrisches Laden ermöglichen, kann auch mit einem Verfahren zum elektrischen Laden eines Elektrofahrzeuges mit einer solchen Ladeeinrichtung ein robustes und wenig verschmutzungsanfälliges Laden umgesetzt werden. Es versteht sich, dass das erfindungsgemäße Verfahren entsprechend bzw. analog den Merkmalen, Vorteilen und Wirkungen, welche im Rahmen einer erfindungsgemäßen Ladeeinrichtung bzw. eines Ladesystems mit einer solchen, insbesondere vorstehend, beschrieben sind, ausgebildet sein kann bzw. in analoger Weise auch umgekehrt. A method for electrically charging an electric vehicle of the type mentioned at the beginning is advantageously implemented, with a charging device, in particular according to the invention, being present, with the base being at least partially, preferably essentially completely, sunk into a floor and the electric vehicle being positioned above the charging device , After which the first coupling element is moved with the movement device from a non-loading position sunk into the ground when the cover is open through the through-opening in order to guide the first coupling element to take a loading position or to load the second coupling element. According to the aforementioned advantages Charging device for electrically charging an electric vehicle or a charging system, which enable robust and less contamination-susceptible electric charging, can also be implemented with a method for electrically charging an electric vehicle with such a charging device, a robust and less contamination-susceptible charging. It goes without saying that the method according to the invention can be designed correspondingly or analogously to the features, advantages and effects that are described in the context of a charging device according to the invention or a charging system with such a device, in particular above, or in an analogous manner vice versa.
Von Vorteil ist es, wenn nach Positionierung des Elektrofahrzeuges oberhalb der Ladeeinrichtung das erste Kopplungselementes vor einem Öffnen der Abdeckung in Abhängigkeit von der Positionierung des Elektrofahrzeuges zur Grobausrichtung in eine Vorposition bewegt wird. In der Vorposition befindet sich das erste Kopplungselement bevorzugt im Wesentlichen vertikal unterhalb des zweiten Kopplungselementes, sodass das erste Kopplungselement durch vertikale Bewegung zum zweiten Kopplungselement führbar ist. Auf diese Weise ist eine Einnahme der Ladeposition zeiteffizient durchführbar. It is advantageous if, after the electric vehicle has been positioned above the charging device, the first coupling element is moved into a pre-position before the cover is opened, depending on the positioning of the electric vehicle for rough alignment. In the pre-position, the first coupling element is preferably located essentially vertically below the second coupling element, so that the first coupling element can be guided to the second coupling element by vertical movement. In this way, taking the loading position can be carried out in a time-efficient manner.
Einige exponierte oder vorzugsweise alle vorgesehenen Motoren sollten wasserdicht verkapselt sein. Hierfür kann jeweils eine Ummantelung mit einem Kunststoff vorgesehen sein. Der Kunststoff kann durch Umspritzen an- bzw. aufgebracht sein. Bei dem oder den Kunststoffen handelt es sich üblicherweise um Harze oder Silicone. Für elektronische Bauteil trifft dasselbe analog zu. Some exposed, or preferably all engines envisaged should be watertight encapsulated. A sheathing with a plastic can be provided for this purpose. The plastic can be attached or applied by overmolding. The plastic or plastics are usually resins or silicones. The same applies analogously to electronic components.
Die Ladeeinrichtung kann als solche in einem Erdreich oder allgemein Boden angeordnet sein. Möglich und bevorzugt ist es aber, wenn die Ladeeinrichtung in einem Aufnahmemittel wie Betonringen oder dergleichen frei hängend, gegebenenfalls auch gefedert, eingehängt ist. Dadurch wird eine Belastung bei Überfahrt minimiert, insbesondere wenn die Abdeckung federnd gelagert ist. As such, the charging device can be arranged in the ground or generally in the ground. However, it is possible and preferred if the charging device is hung in a receiving means such as concrete rings or the like in a freely suspended manner, possibly also with springs. This minimizes stress when driving over, especially if the cover is spring-mounted.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen ergeben sich aus den nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispielen. In den Zeichnungen, auf welche dabei Bezug genommen wird, zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ladeeinrichtung mit einem bei geöffneter Durchgangsöffnung durch die Durchgangsöffnung hindurchgeführten ersten Kopplungselement; Further features, advantages and effects result from the exemplary embodiments presented below. The drawings to which reference is made show: 1 shows a schematic representation of a charging device with a first coupling element guided through the through-opening when the through-opening is open;
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Ladeeinrichtung der Fig. 1 in einem Querschnitt; Fig. 3 bis Fig. 10 eine Ablaufdarstellung eines elektrischen Ladevorganges mit der Ladeeinrichtung der Fig. 1 ; FIG. 2 shows a schematic representation of the charging device of FIG. 1 in a cross section; FIGS. 3 to 10 show a sequence of an electrical charging process with the charging device of FIG. 1 ;
Fig. 11 eine schematische Darstellung eines ersten Kopplungselementes und zweiten Kopplungselementes in einem Querschnitt; 11 shows a schematic illustration of a first coupling element and a second coupling element in a cross section;
Fig. 12 eine schematische Darstellung des ersten Kopplungselementes der Fig. 11 in einem Querschnitt; FIG. 12 shows a schematic illustration of the first coupling element of FIG. 11 in a cross section;
Fig. 13 eine schematische Darstellung eines Ausschnittes des zweiten Kopplungselementes der Fig. 11 in einem Querschnitt; FIG. 13 shows a schematic representation of a detail of the second coupling element of FIG. 11 in a cross section;
Fig. 14 eine schematische Darstellung des ersten Kopplungselementes und zweiten Kopplungselementes der Fig. 11 in einem kontaktierten Zustand; FIG. 14 shows a schematic illustration of the first coupling element and second coupling element of FIG. 11 in a contacted state;
Fig. 15 eine schematische Darstellung eines vergrößerten Ausschnitts der Fig. 14; FIG. 15 shows a schematic illustration of an enlarged section of FIG. 14;
Fig. 16 bis 19 schematische Darstellungen einer weiteren Ausführungsvariante einer Ladeeinrichtung. 16 to 19 schematic representations of a further embodiment variant of a charging device.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ladeeinrichtung 1 zum elektrischen Laden eines Elektrofahrzeuges, wobei die Ladeeinrichtung 1 ein erstes Kopplungselement°2 aufweist, welches zur Herstellung einer elektrischen Verbindung mit einem am Elektrofahrzeug angeordneten zweiten Kopplungselement 3 verbindbar ist. Die Ladeeinrichtung 1 weist eine zumindest teilweise, bevorzugt gänzlich in einem Boden 20 versenkbare Basis 4 auf, welche einen Hohlraum bzw. Wartebereich bildet, in welchem das erste Kopplungselement 2 in einem Nichtladezustand bzw. einer Nichtladeposition positionierbar ist. Die Basis 4 bzw. deren Hohlraum weist eine Durchgangsöffnung 5 auf, um mit Hindurchführen des ersten Kopplungselementes 2 durch die Durchgangsöffnung 5 das erste Kopplungselement 2 von der Nichtladeposition zur Ladeposition bzw. zum zweiten Kopplungselement 3 zu führen. Das erste Kopplungselement 2 ist hierzu mit einer Bewegungsvorrichtung 6 steuerbar beweglich mit der Basis 4 verbunden. Die Bewegungsvorrichtung 6 befindet sich vorzugsweise ebenfalls innerhalb des Hohlraums der Basis 4. Zweckmäßig ist eine als Deckel ausgebildete Abdeckung 7 vorgesehen, mit welcher die Durchgangsöffnung 5 verschließbar ist, um im Nichtladezustand ein Eindringen von Verschmutzung in den Hohlraum bzw. Wartebereich zu verhindern. Im Einsatzzustand der Ladeeinrichtung 1 , in welchem die Ladeeinrichtung 1 in einem Boden 20 versenkt angeordnet ist, ist in der Regel vorgesehen, dass sich die Durchgangsöffnung 5 bzw. ein die Durchgangsöffnung 5 bildender Rand der Basis 4 und/oder die Abdeckung 7 im Nichtladezustand im Wesentlichen auf Höhe eines Bodenniveaus des Bodens 20 befindet. Auf diese Weise kann für ein elektrisches Laden ein Elektrofahrzeug über der Ladeeinrichtung 1 , insbesondere der Durchgangsöffnung 5, positioniert werden, um dieses von einer Unterseite aus mit Hindurchführen des ersten Kopplungselementes 2 durch die Durchgangsöffnung 5 elektrisch zu laden. Platzsparend ist es, wenn die Abdeckung 7 für ein Öffnen der Durchgangsöffnung 5 im Wesentlichen parallel zu einer Öffnungsfläche der Durchgangsöffnung 5 bewegbar ist. Wie in Fig. 1 ersichtlich kann die Bewegungsvorrichtung 6 mit einer parallelkinematischen Mechanik gebildet sein. Bevorzugt weist die Bewegungsvorrichtung 6 hierzu mehrere separat voneinander ansteuerbare Arme 8 auf, welche an voneinander beabstandeten Angreifpunkten des erstem Kopplungselementes 2 gelenkig am ersten Kopplungselement 2 befestigt sind. Dadurch kann das erste Kopplungselement 2 durch Verschieben der Angreifpunkte mit den Armen 8 bewegt werden. 1 shows a schematic representation of a charging device 1 for electrically charging an electric vehicle, the charging device 1 having a first coupling element 2 which can be connected to a second coupling element 3 arranged on the electric vehicle in order to establish an electrical connection. The loading device 1 has a base 4 that can be at least partially, preferably completely, lowered into a floor 20 and forms a cavity or waiting area in which the first coupling element 2 can be positioned in a non-loading state or non-loading position. The base 4 or its cavity has a through-opening 5 in order to guide the first coupling element 2 from the non-loading position to the loading position or to the second coupling element 3 by passing the first coupling element 2 through the through-opening 5 . For this purpose, the first coupling element 2 is connected to the base 4 so that it can be moved in a controllable manner using a movement device 6 . The movement device 6 is preferably also located within the cavity of the base 4. A cover 7 designed as a cover is expediently provided, with which the through-opening 5 can be closed in order to prevent contamination from entering the cavity or waiting area in the non-loading state. in the In the operational state of the charging device 1, in which the charging device 1 is arranged sunk in a floor 20, it is generally provided that the through-opening 5 or an edge of the base 4 forming the through-opening 5 and/or the cover 7 is essentially in the non-charging state at the height of a floor level of the floor 20 is located. In this way, for electric charging, an electric vehicle can be positioned above the charging device 1 , in particular the through-opening 5 , in order to charge it electrically from an underside by passing the first coupling element 2 through the through-opening 5 . It is space-saving if the cover 7 can be moved essentially parallel to an opening surface of the through-opening 5 in order to open the through-opening 5 . As can be seen in FIG. 1, the movement device 6 can be formed with a parallel kinematic mechanism. For this purpose, the movement device 6 preferably has a plurality of arms 8 that can be controlled separately from one another and are attached in an articulated manner to the first coupling element 2 at engagement points of the first coupling element 2 that are spaced apart from one another. As a result, the first coupling element 2 can be moved with the arms 8 by shifting the points of application.
Fig. 2 zeigt die Ladeeinrichtung 1 der Fig. 1 in einem Querschnitt parallel zur Durchführungsrichtung D. Ersichtlich ist, dass die Arme 8 mit deren jeweiligen den Angreifpunkten gegenüberliegenden Armenden mit an der Basis 4 angeordneten Führungsbauteilen 9 gelenkig verbunden sind, wobei die Armenden der Arme 8 mit den Führungsbauteilen 9 relativ zur Basis 4 geführt verschiebbar sind, um durch Verschieben der Arme 8 die Angreifpunkte zu bewegen bzw. das erste Kopplungselement 2 zu bewegen. Für eine hohe Robustheit sind hierbei vorzugsweise mehrere Arme 8 mit jeweils einem der Führungsbauteile 9 verbunden. Die Führungsbauteile 9 sind üblicherweise in regelmäßigen Abständen beabstandet voneinander, vorzugsweise in einem Querschnitt entlang eines Kreisumfanges, angeordnet. Die Führungsbauteile 9 können jeweils mit einer an der Basis 4 angeordnete Führungsbauteilschiene und einem Führungsbauteilbewegeelement, welches relativ zur Führungsbauteilschiene mit dieser geführt beweglich ist, gebildet sein. Dabei sind die Armenden mit den Führungsbauteilbewegeelementen, meist gelenkig, verbunden. Für eine hohe Verschmutzungsresistenz ist es günstig, wenn die Basis 4 eine ausfahrbare Randleiste 10 aufweist, welche in Durchführungsrichtung D bzw. orthogonal zur Öffnungsfläche der Durchgangsöffnung 5 ausfahrbar ist, sodass die Randleiste 10 im ausgefahrenen Zustand die Durchgangsöffnung 5 umläuft, um eine Barriere gegen Verschmutzung bei geöffneter Abdeckung 7 zu bilden, ersichtlich in Fig. 1. Die Randleiste 10 überragt dabei üblicherweise ein äußeres Umgebungsniveau bzw. Bodenniveau. Fig. 2 shows the charging device 1 of Fig. 1 in a cross-section parallel to the direction of passage D. It can be seen that the arms 8 are articulated with their respective arm ends opposite the attachment points to guide components 9 arranged on the base 4, the arm ends of the arms 8 can be displaced with the guide components 9 relative to the base 4 in order to move the gripping points 8 or to move the first coupling element 2 by displacing the arms 8 . For a high level of robustness, a plurality of arms 8 are preferably connected to one of the guide components 9 in each case. The guide members 9 are usually spaced apart from each other at regular intervals, preferably in a cross-section along a circumference. The guide members 9 can each be formed with a guide member rail arranged on the base 4 and a guide member moving member which is movable relative to the guide member rail guided by the latter. The arm ends are connected to the guide component moving elements, usually in an articulated manner. For a high dirt resistance, it is favorable if the base 4 has an extendable edge strip 10, which can be extended in the lead-through direction D or orthogonally to the opening surface of the through-opening 5, so that the edge strip 10 is in the extended state the through-opening 5 encircles in order to form a barrier against dirt when the cover 7 is open, as can be seen in FIG.
In Fig. 3 bis Fig. 10 ist eine Ablaufdarstellung eines Ladevorganges mit der Ladeeinrichtung 1 der Fig. 1 gezeigt. Dargestellt sind jeweils unterschiedliche Betriebszustände der Ladeeinrichtung 1 im Laufe eines Prozesses einer Einnahme einer Ladeposition des ersten Kopplungselementes 2, um ein zweites Kopplungselement 3 zu kontaktieren. Ein jeweiliger Betriebszustand ist jeweils in einer Außensicht auf die Ladeeinrichtung und in einem Querschnitt durch die Ladeeinrichtung in einem in einem Boden 20 angeordnete Einsatzzustand dargestellt. Fig. 3 und Fig. 4 zeigen die Ladeeinrichtung 1 im Nichtladezustand. Das erste Kopplungselement 2 befindet sich dabei in dessen Nichtladeposition innerhalb der Basis 4. Die Durchgangsöffnung 5 ist mit der Abdeckung 7 verschlossen, um das erste Kopplungselement 2 zu schützen. Oberhalb der Ladeeinrichtung 1 ist ein zweites Kopplungselement 3 positioniert. Das zweite Kopplungselement 3 ist in der Regel an einem Elektrofahrzeug angeordnet oder als Teil eines solchen ausgebildet. Die Basis 4 weist einen Außenmantel 12 auf, welcher eine hohlraumbildende Aufnahmeeinheit 11 der Basis 4, in welcher das ersteFIGS. 3 to 10 show a sequence of a charging process with the charging device 1 of FIG. 1 . Different operating states of the charging device 1 in the course of a process of assuming a charging position of the first coupling element 2 in order to contact a second coupling element 3 are shown in each case. A respective operating state is shown in an external view of the charging device and in a cross section through the charging device in an operational state arranged in a floor 20 . Fig. 3 and Fig. 4 show the charging device 1 in the non-charging state. The first coupling element 2 is in its non-loading position within the base 4. The through hole 5 is closed with the cover 7 in order to protect the first coupling element 2. FIG. A second coupling element 3 is positioned above the charging device 1 . The second coupling element 3 is usually arranged on an electric vehicle or designed as part of one. The base 4 has an outer shell 12 which forms a cavity-forming receiving unit 11 of the base 4, in which the first
Kopplungselement 2 in der Nichtladeposition angeordnet ist, zum Schutz umhüllt. Fig. 5 und Fig. 6 zeigen einen ersten Öffnungsschritt einer Öffnungsbewegung der Abdeckung 7, wobei die Abdeckung 7 in Durchführungsrichtung D der Durchgangsöffnung 5 angehoben wird, um diesen anschließend mit einer Bewegung parallel zur Öffnungsfläche der Durchgangsöffnung 5 zu öffnen. Das Anheben der Abdeckung 7 erfolgt mit gleichzeitigem Ausfahren der Randleiste 10. Aus einem Vergleich von Fig. 4 und Fig. 6 ist erkennbar, dass das Anheben der Abdeckung 7 mit Anheben eines die Randleiste 10 bildenden Wandelementes erfolgt. Indem vorgesehen ist, dass ein Anheben der Abdeckung 7 mit teleskopartiger Verlängerung der Basis 4 bzw. deren Aufnahmeeinheit 11 erfolgt, bildet das Wandelement gleichzeitig eine Innenwand der Aufnahmeeinheit 11. Fig. 7 und Fig. 8 zeigen einen zweiten Öffnungsschritt einer Öffnungsbewegung der Abdeckung 7, wobei die Abdeckung 7 bevorzugt in einer Ebene parallel zur Öffnungsfläche der Durchgangsöffnung 5 gedreht wird, um die Durchgangsöffnung 5 zu öffnen. Eine Rotationsbewegung der Abdeckung 7 erfolgt dabei um eine exzentrisch zur Durchgangsöffnung 5 positionierten Drehachse. DieCoupling element 2 is placed in the non-loading position, encased for protection. 5 and 6 show a first opening step of an opening movement of the cover 7, the cover 7 being lifted in the lead-through direction D of the through-opening 5 in order to then open it with a movement parallel to the opening surface of the through-opening 5. The cover 7 is raised with the edge strip 10 being extended at the same time. A comparison of FIGS. 4 and 6 shows that the cover 7 is raised when a wall element forming the edge strip 10 is lifted. By providing that the cover 7 is lifted with a telescopic extension of the base 4 or its receiving unit 11, the wall element simultaneously forms an inner wall of the receiving unit 11. Fig. 7 and Fig. 8 show a second opening step of an opening movement of the cover 7, the cover 7 is rotated preferably in a plane parallel to the opening surface of the through-hole 5 to open the through-hole 5. A rotational movement of the cover 7 takes place about an axis of rotation positioned eccentrically to the through-opening 5 . the
Durchgangsöffnung 5 ist dadurch geöffnet, sodass das erste Kopplungselement 2 mit der Bewegungsvorrichtung 6 von dessen Nichtladeposition durch die Durchgangsöffnung 5 hindurch in die Ladeposition führbar ist. Dies ist in Fig. 9 und Fig. 10 gezeigt. Das erste Kopplungselement 2 wird durch Verschieben der Arme 8 der Bewegungsvorrichtung 6 mit den Führungsbauteilen 9 durch die Durchgangsöffnung 5 hindurchgeführt und zum zweiten Kopplungselement 3 geführt, um dieses zu kontaktieren. Through-opening 5 is thereby opened, so that the first coupling element 2 with the Movement device 6 can be guided from its non-loading position through the through-opening 5 into the loading position. This is shown in Figs. 9 and 10. The first coupling element 2 is passed through the through-opening 5 by displacing the arms 8 of the movement device 6 with the guide components 9 and guided to the second coupling element 3 in order to make contact with it.
Fig. 11 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Kopplungselementes 2, wie dies bei einer Ladeeinrichtung 1 der Fig. 1 oder Fig. 16 verwendet sein kann, sowie ein zweites Kopplungselement 3 in einem Querschnitt. Das erste Kopplungselement 2 weist mehrere erste Kontaktelemente 13 auf, welche jeweils mit einem korrespondierenden zweiten Kontaktelement 14 eines zweiten Kopplungselementes 3 zur Herstellung einer elektrischen Verbindung unter Herstellung einer Pressverbindung kontaktierbar sind, ersichtlich dargestellt in Fig. 12. Die ersten Kontaktelemente 13 bzw. zweiten Kontaktelemente 14 sind in einem Querschnitt durch diese jeweils kreisringförmig ausgebildet, wobei die ersten Kontaktelemente 13 bzw. zweiten Kontaktelemente 14 bevorzugt im Wesentlichen konzentrisch zueinander voneinander beabstandet angeordnet sind. Um das erste Kopplungselement 2 und zweite Kopplungselement 3 selbstzentrierend zueinander auszubilden, weist das erste Kopplungselement 2 in der Regel einen Führungsstift 15 auf, dessen Außenoberfläche derart formkorrespondierend zu einer korrespondierenden Führungsoberfläche einer Führungsstiftaufnahme des zweiten Kopplungselementes 3 ausgebildet ist, dass bei nicht gänzlich fluchtender Ausrichtung des ersten Kopplungselementes 2 relativ zum zweiten Kopplungselement 3, das erste Kopplungselement 2 von der Führungsoberfläche in eine fluchtende Ausrichtung geführt wird. Hierzu ist die Außenoberfläche des Führungsstiftes 15 meist mit einer Kegelmantelfläche ausgebildet, wie in Fig. 15 ersichtlich. Es versteht sich, dass eine Ausbildung des ersten Kopplungselementes 2 und zweiten Kopplungselementes 3 jeweils unabhängig voneinander ist und diese abhängig von einem Einsatzzweck unabhängig voneinander abweichend ausgebildet sein können. FIG. 11 shows a schematic representation of a first coupling element 2, as can be used in a charging device 1 of FIG. 1 or 16, and a second coupling element 3 in a cross section. The first coupling element 2 has a plurality of first contact elements 13, which can each be contacted with a corresponding second contact element 14 of a second coupling element 3 to produce an electrical connection by producing a press connection, shown in FIG. 12. The first contact elements 13 or second contact elements 14 are each formed in a circular ring shape in a cross section through them, the first contact elements 13 and second contact elements 14 preferably being arranged spaced apart from one another essentially concentrically. In order to make the first coupling element 2 and the second coupling element 3 self-centering in relation to one another, the first coupling element 2 generally has a guide pin 15, the outer surface of which is designed to correspond in shape to a corresponding guide surface of a guide pin receptacle of the second coupling element 3 such that if the alignment of the first coupling element 2 relative to the second coupling element 3, the first coupling element 2 is guided into alignment by the guide surface. For this purpose, the outer surface of the guide pin 15 is usually designed with a conical surface, as can be seen in FIG. It goes without saying that the design of the first coupling element 2 and the second coupling element 3 is independent of one another and can be designed to differ independently from one another depending on the intended use.
Fig. 13 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausschnittes des zweiten Kopplungselementes 3 in einem Querschnitt. Es hat sich bewährt, wenn das erste Kontaktelement 13 und/oder zweite Kontaktelement 14 von einer Schraubenfeder 19, bevorzugt mit einer in Bezug auf eine Mittellinie durch deren Windungen schräg gewickelten Schraubenfeder 19, umlaufen ist, sodass die Pressverbindung zwischen erstem Kontaktelement und zweitem Kontaktelement mit Verformung der Schraubenfeder erfolgt. Die jeweilige Schraubenfeder 19 ist bevorzugt derart am ersten Kontaktelement 13 oder zweiten Kontaktelement 14 angeordnet sein, dass diese sich in einem Kontaktierungszustand zwischen dem ersten Kontaktelement 13 und zweiten Kontaktelement 14 befindet. Wie in Fig. 13 ersichtlich sind die zweitenFIG. 13 shows a schematic representation of a section of the second coupling element 3 in a cross section. It has proven useful if the first contact element 13 and/or second contact element 14 is surrounded by a helical spring 19, preferably with a helical spring 19 which is wound at an angle with respect to a center line through the coils thereof, so that the press connection between first contact element and second contact element takes place with deformation of the coil spring. The respective helical spring 19 is preferably arranged on the first contact element 13 or second contact element 14 in such a way that it is in a contacting state between the first contact element 13 and the second contact element 14 . As can be seen in Figure 13, the second
Kontaktelemente 14 jeweils von einer solchen Schraubenfeder 19 umlaufen. Fig. 14 zeigt das erste Kopplungselement 2 und zweite Kopplungselement 3 der Fig. 11 in einem miteinander verbundenen Zustand in einem Querschnitt. Die ersten Kontaktelemente 13 des ersten Kopplungselementes 2 sind jeweils unter Herstellung einer Pressverbindung mit korrespondierenden zweiten Kontaktelementen 14 des zweiten Kopplungselementes 3 verbunden. Dies ist schematisch als vergrößerter Ausschnitt in Fig. 15 ersichtlich dargestellt. Die Pressverbindung erfolgt, indem eine, bevorzugt in Bezug auf eine Mittellinie durch deren Windungen schräg gewickelte, Schraubenfeder 19 verformt wird. In Fig. 15 ist exemplarisch die jeweilige Schraubenfeder 19 das jeweilige zweite Kontaktelement 14 umlaufend angeordnet, wobei die Schraubenfeder 19 formschlüssig zumindest teilweise in einer Vertiefung des zweiten Kontaktelementes 14 angeordnet ist. In Fig. 15 sind die Schraubenfedern 19 jeweils schematisch im Querschnitt als Ellipsen dargestellt. Contact elements 14 are each surrounded by such a coil spring 19 . FIG. 14 shows the first coupling element 2 and second coupling element 3 of FIG. 11 in a connected state in a cross section. The first contact elements 13 of the first coupling element 2 are each connected to corresponding second contact elements 14 of the second coupling element 3 by producing a press connection. This is shown schematically as an enlarged detail in FIG. The press connection is effected by deforming a helical spring 19 which is preferably wound obliquely with respect to a center line through its coils. In FIG. 15 the respective helical spring 19 is arranged as an example so as to surround the respective second contact element 14 , with the helical spring 19 being arranged at least partially in a form-fitting manner in a recess of the second contact element 14 . In Fig. 15, the coil springs 19 are each shown schematically in cross section as ellipses.
Fig. 16 bis 19 zeigen schematische Darstellungen einerweiteren Ausführungsvariante einer Ladeeinrichtung 1. Die Ladeeinrichtung 1 kann dabei grundsätzlich entsprechend der Ladeeinrichtung 1 der Fig. 1 und deren Merkmale mit korrespondierenden Wirkungen, insbesondere mit einem vorgenannte ersten Kopplungselement 2, ausgebildet sein. Im Unterschied zur Ladeeinrichtung 1 der Fig. 1 weist die Ladeeinrichtung 1 der Fig. 16 eine anders ausgebildete Bewegungsvorrichtung 6 auf. Wie in Fig. 16 ersichtlich weist die Bewegungsvorrichtung 6 eine Hebevorrichtung 16 auf, mit welcher das erste Kopplungselement 2 durch die Durchgangsöffnung 5 hindurch bewegbar ist. Diese kann zweckmäßig mit einer Scherenhubmechanik gebildet sein. Die Hebevorrichtung 16 ist mit einem Lateralbewegesystem 17 verbunden, mit welchem die Hebevorrichtung 16 und damit das erste Kopplungselement in einer Bewegungsebene parallel zur Öffnungsfläche der Durchgangsöffnung 5 in zwei Dimensionen bewegbar ist. Hierzu weist das Lateralbewegesystem 17 eine Linearführung 18 auf, entlang welcher die Hebevorrichtung 16 geradlinig bewegbar ist, wobei die Linearführung 18 um eine orthogonal zur Bewegungsebene ausgerichteten Rotierachse R drehbar ist. Günstig ist es, wenn die Durchgangsöffnung 5 bzw. die Abdeckung 7 korrespondierend zu einer Drehposition des ersten Kopplungselementes 2 um die Rotierachse R mitbewegbar ist. Dadurch kann die Abdeckung 7 klein, insbesondere auf eine Größe des ersten Kopplungselementes 2 angepasst, ausgebildet sein. In Fig. 17 und Fig. 18 sind unterschiedliche Drehpositionen einer solchen Durchgangsöffnung 5 bzw. Abdeckung 7 dargestellt. Entsprechend vorgenannter Ausführungen ist es günstig, wenn die Basis 4 eine ausfahrbare Randleiste 10 aufweist, um bei geöffneter Abdeckung 7 eine Barriere gegen Verschmutzung zu bilden, ersichtlich in Fig. 18. Fig. 19 zeigt einen Betriebszustand bei geöffneter Abdeckung 7, wobei das erste Kopplungselement 2 mit der Hebevorrichtung durch die Durchgangsöffnung 5 hindurchgeführt ist, um eine Ladeposition einzunehmen. Die Abdeckung 7 ist zweckmäßig als Deckel ausgebildet. 16 to 19 show schematic representations of a further embodiment variant of a charging device 1. The charging device 1 can in principle be designed in accordance with the charging device 1 of FIG. In contrast to the charging device 1 of FIG. 1, the charging device 1 of FIG. 16 has a differently designed movement device 6. As can be seen in FIG. 16 , the moving device 6 has a lifting device 16 with which the first coupling element 2 can be moved through the passage opening 5 . This can expediently be formed with a scissor lifting mechanism. The lifting device 16 is connected to a lateral movement system 17 with which the lifting device 16 and thus the first coupling element can be moved in two dimensions in a movement plane parallel to the opening surface of the through-opening 5 . For this purpose, the lateral movement system 17 has a linear guide 18 along which the lifting device 16 can be moved in a straight line, the linear guide 18 being rotatable about an axis of rotation R oriented orthogonally to the plane of movement. is cheap it when the passage opening 5 or the cover 7 corresponding to a rotational position of the first coupling element 2 about the axis of rotation R is movable. As a result, the cover 7 can be small, in particular adapted to the size of the first coupling element 2 . Different rotational positions of such a through-opening 5 or cover 7 are shown in FIGS. 17 and 18 . According to the above, it is favorable if the base 4 has an extendable edge strip 10 in order to form a barrier against dirt when the cover 7 is open, as can be seen in FIG. 18. FIG. 19 shows an operating state with the cover 7 open, the first coupling element 2 is passed through the through hole 5 with the lifting device to assume a loading position. The cover 7 is expediently designed as a lid.
Eine vorgenannte Ladeeinrichtung 1 ermöglicht aufgrund deren Optimierung für einen in einem Boden 20 versenkt angeordneten Einsatzzustand ein robustes und verschmutzungsarmes elektrisches Laden eines Elektrofahrzeuges. Das erste Kopplungselement 2 ist im Nichtladezustand aufgrund dessen Positionierung innerhalb der Basis 4 besonders geschützt. Indem die Abdeckung 7 mit einer Kombination von Anheben orthogonal zur Öffnungsfläche der Durchgangsöffnung 5 und anschließendem Drehen parallel zur Öffnungsfläche öffenbar ist, ist ein Betrieb platzsparend und verschmutzungsreduziert durchführbar. Günstig ist es, wenn eine ausfahrbare Randleiste 10 vorgesehen ist, welche die Durchgangsöffnung 5 bei geöffneter Abdeckung 7 vor Verschmutzungen schützt. Wenn das erste Kopplungselement 2 mit schräg gewickelten Schraubenfedern 19 ausgestattet ist, um durch Verformen der Schraubenfedern 19 eine Pressverbindung zwischen den ersten Kontaktelementen 13 und zu diesen korrespondierende zweiten Kontaktelementen 14 herzustellen, kann eine nachhaltige und verschmutzungsrobuste elektrische Kontaktierung umgesetzt werden. Die Ladeeinrichtung 1 ermöglicht damit im Besonderen ein robustes und verschmutzungsresistentes elektrisches Laden in einem Außenbereich, im Speziellen auch bei schlechten Witterungsverhältnissen. An aforementioned charging device 1 enables a robust and low-pollution electrical charging of an electric vehicle due to its optimization for an operational state sunk into a floor 20 . The first coupling element 2 is particularly protected in the non-loading state due to its positioning within the base 4 . Because the cover 7 can be opened with a combination of lifting orthogonally to the opening surface of the through-opening 5 and subsequent turning parallel to the opening surface, operation can be carried out in a space-saving manner and with reduced contamination. It is favorable if an extendable edge strip 10 is provided, which protects the passage opening 5 from dirt when the cover 7 is open. If the first coupling element 2 is equipped with diagonally wound helical springs 19 in order to produce a press connection between the first contact elements 13 and the second contact elements 14 corresponding thereto by deforming the helical springs 19, a lasting and dirt-resistant electrical contact can be implemented. The charging device 1 thus enables, in particular, a robust and dirt-resistant electric charging in an outdoor area, especially in poor weather conditions.

Claims

35 Patentansprüche 35 patent claims
1. Ladeeinrichtung (1) zum elektrischen Laden eines Elektrofahrzeuges, wobei die Ladeeinrichtung (1) ein erstes Kopplungselement (2) aufweist, welches zur Herstellung einer elektrischen Verbindung mit einem am Elektrofahrzeug angeordneten zweiten Kopplungselement (3) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeeinrichtung (1) eine zumindest teilweise in einem Boden (20) versenkbare Basis (4) und eine Bewegungsvorrichtung (6), welche das erste Kopplungselement (2) relativ zur Basis (4) steuerbar beweglich mit der Basis (4) verbindet, aufweist, wobei die Basis (4) eine Durchgangsöffnung (5) und eine die Durchgangsöffnung (5) verschließende Abdeckung (7) aufweist, sodass in einem Einsatzzustand das erste Kopplungselement (2) mit der Bewegungsvorrichtung (6) von einer im Boden (20) versenkten Nichtladeposition bei geöffneter Abdeckung (7) durch die Durchgangsöffnung (5) hindurch bewegbar ist, um das erste Kopplungselement (2) zur Einnahme einer Ladeposition zum zweiten Kopplungselement (3) zu führen. 1. Charging device (1) for electrically charging an electric vehicle, the charging device (1) having a first coupling element (2) which can be connected to a second coupling element (3) arranged on the electric vehicle in order to establish an electrical connection, characterized in that the Charging device (1) has a base (4) that can be at least partially lowered into a floor (20) and a moving device (6) which connects the first coupling element (2) to the base (4) so that it can be moved in a controllable manner relative to the base (4), wherein the base (4) has a through-opening (5) and a cover (7) closing the through-opening (5), so that in an operational state the first coupling element (2) with the moving device (6) moves from a non-loading position sunk into the floor (20). when the cover (7) is open, it can be moved through the through-opening (5) in order to move the first coupling element (2) to take a loading position for the second coupling element ement (3) to lead.
2. Ladeeinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kopplungselement (2) mit der Bewegungsvorrichtung (6) relativ zur Basis (4) entlang mehrerer, bevorzugt rechtwinklig zueinander ausgerichteter, Bewegungsachsen, insbesondere unabhängig voneinander, bewegbar ist, um die Ladeposition einzunehmen. 2. Loading device (1) according to Claim 1, characterized in that the first coupling element (2) with the movement device (6) can be moved relative to the base (4) along a plurality of movement axes, preferably aligned at right angles to one another, in particular independently of one another, in order to take the loading position.
3. Ladeeinrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsvorrichtung (6) eine parallelkinematische Mechanik aufweist. 3. Loading device (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the movement device (6) has a parallel kinematic mechanism.
4. Ladeeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsvorrichtung (6) mehrere separat voneinander steuerbare Arme (8) aufweist, welche an voneinander beabstandeten Angreifpunkten des ersten Kopplungselementes (2) gelenkig am ersten Kopplungselement angreifen, um durch Verschieben der Angreifpunkte mit den Armen (8) das erste Kopplungselement (2) zu bewegen. 4. Loading device (1) according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the movement device (6) has a plurality of arms (8) which can be controlled separately from one another and which act in an articulated manner on the first coupling element at spaced-apart points of action on the first coupling element (2), in order to move the first coupling element (2) by shifting the points of application with the arms (8).
5. Ladeeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsvorrichtung (6) eine Hebevorrichtung (16) aufweist, mit welcher das erste Kopplungselement (2) durch die Durchgangsöffnung (5) hindurch bewegbar ist, und 36 ein Lateralbewegesystem aufweist, mit welchem das erste Kopplungselement (2) in einer Bewegungsebene parallel zu einer Öffnungsfläche der Durchgangsöffnung (5) in zwei Dimensionen bewegbar ist. 5. Loading device (1) according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the moving device (6) has a lifting device (16) with which the first coupling element (2) can be moved through the through-opening (5), and 36 has a lateral movement system with which the first coupling element (2) can be moved in two dimensions in a movement plane parallel to an opening surface of the through-opening (5).
6. Ladeeinrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsvorrichtung (6) ausgebildet ist, dass erste Kopplungselement (2) lateral über einen Rand der Durchgangsöffnung (5) hinauszubewegen. 6. Loading device (1) according to claim 1 or 5, characterized in that the moving device (6) is designed to move the first coupling element (2) laterally beyond an edge of the through-opening (5).
7. Ladeeinrichtung (1) nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis (4) mit einem Hohlkörper gebildet ist, in welchem im Nichtladezustand das erste Kopplungselement (2) und bevorzugt die Bewegungsvorrichtung (6) angeordnet sind. 7. Loading device (1) according to claim 1 to 6, characterized in that the base (4) is formed with a hollow body in which the first coupling element (2) and preferably the moving device (6) are arranged in the non-loading state.
8. Ladeeinrichtung (1) nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (7) für ein Öffnen der Durchgangsöffnung (5) im Wesentlichen parallel zur Öffnungsfläche der Durchgangsöffnung (5) bewegbar ist. 8. Charging device (1) according to claim 1 to 7, characterized in that the cover (7) for opening the through-opening (5) is movable substantially parallel to the opening surface of the through-opening (5).
9. Ladeeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (7) für ein Öffnen der Durchgangsöffnung (5) in Durchführungsrichtung (D) der Durchgangsöffnung (5) anhebbar und anschließend im Wesentlichen parallel zur Öffnungsfläche der Durchgangsöffnung (5) bewegbar ist. 9. Charging device (1) according to one of Claims 1 to 8, characterized in that the cover (7) can be lifted to open the through-opening (5) in the direction (D) of the through-opening (5) and then essentially parallel to the opening surface of the Through-opening (5) is movable.
10. Ladeeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis (4) eine relativ zu einem Unterbau der Basis (4) ausfahrbare Randleiste (10) aufweist, sodass die Randleiste (10) im ausgefahrenen Zustand die Durchgangsöffnung (5) zumindest teilweise umläuft, um eine Barriere gegen bei geöffneter Abdeckung (7) in die Durchgangsöffnung (5) eindringenden Schmutz zu bilden. 10. Loading device (1) according to one of claims 1 to 9, characterized in that the base (4) has a relative to a substructure of the base (4) extendable edge strip (10), so that the edge strip (10) in the extended state At least partially surrounds the through-opening (5) in order to form a barrier against dirt penetrating into the through-opening (5) when the cover (7) is open.
11. Ladeeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Sensorelement zur Messung eines Hindernisses für eine Öffnungsbewegung bzw. Schließbewegung der Abdeckung (7) vorhanden ist. 11. Loading device (1) according to any one of claims 1 to 10, characterized in that at least one sensor element for measuring an obstacle to an opening movement or closing movement of the cover (7) is present.
12. Ladeeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kopplungselement (2) und/oder die Bewegungsvorrichtung (6) mit einem Federmechanismus an der Basis (4) gelagert ist, um in einem elektrischen Ladezustand eine Abstandsveränderung zwischen dem zweiten Kopplungselement (3) und der Basis (4) auszugleichen. 12. Loading device (1) according to any one of claims 1 to 11, characterized in that the first coupling element (2) and / or the moving device (6) is mounted with a spring mechanism on the base (4) to be in an electrical state of charge to compensate for a change in distance between the second coupling element (3) and the base (4).
13. Ladeeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kopplungselement (2) zumindest ein erstes Kontaktelement (13) und eine in Bezug auf eine Mittellinie durch deren Windungen schräg gewickelte Schraubenfeder (19) aufweist, um das erste Kontaktelement (13) mit einem zu diesem korrespondierenden zweiten Kontaktelement (14) des zweiten Kopplungselementes (3) unter Herstellung einer mit Verformung der Schraubenfeder (19) gebildeten Pressverbindung elektrisch zu kontaktieren. 13. Charging device (1) according to one of Claims 1 to 12, characterized in that the first coupling element (2) has at least one first contact element (13) and a helical spring (19) which is wound obliquely with respect to a center line through its windings, in order to to electrically contact the first contact element (13) with a second contact element (14) of the second coupling element (3) corresponding thereto, producing a press connection formed by deformation of the helical spring (19).
14. Ladesystem zum elektrischen Laden eines Elektrofahrzeuges, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ladeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 und ein an einem Elektrofahrzeug anordenbares zweites Kopplungselement (3) vorhanden ist, wobei zur Herstellung einer elektrischen Verbindung das erste Kopplungselement (2) und das zweite Kopplungselement (3) formschlüssig miteinander verbindbar sind. 14. Charging system for electrically charging an electric vehicle, characterized in that there is a charging device according to one of Claims 1 to 13 and a second coupling element (3) that can be arranged on an electric vehicle, with the first coupling element (2) and the second coupling element (3) can be positively connected to one another.
15. Ladesystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen dem ersten Kopplungselement (2) und zweiten Kopplungselement (3) zumindest ein erstes Kontaktelement (13) des ersten Kopplungselementes (2) mit zumindest einem zu diesem korrespondierendem zweiten Kontaktelement (14) des zweiten Kopplungselementes (3) unter Herstellung einer Pressverbindung elektrisch kontaktierbar ist, wobei die Pressverbindung mit Verformung zumindest einer in Bezug auf eine Mittellinie durch deren Windungen schräg gewickelten Schraubenfeder (19) erzeugt wird. 15. Charging system according to claim 14, characterized in that to establish an electrical connection between the first coupling element (2) and the second coupling element (3), at least one first contact element (13) of the first coupling element (2) has at least one second contact element corresponding thereto (14) of the second coupling element (3) can be electrically contacted to produce a press connection, the press connection being produced by deforming at least one helical spring (19) which is wound obliquely with respect to a center line through its coils.
16. Ladesystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine erste Kontaktelement (13) und/oder das zumindest eine zweite Kontaktelement (14) in einem Querschnitt durch dieses im Wesentlichen kreisförmig ist und von der Schraubenfeder (19) bzw. deren Mittellinie umlaufen ist. 16. Charging system according to claim 15, characterized in that the at least one first contact element (13) and/or the at least one second contact element (14) is essentially circular in a cross section through it and is separated from the helical spring (19) or its center line is circulated.
17. Ladesystem nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Kopplungselement (2, 3) in einem Querschnitt durch dieses mehrere kreisförmige erste Kontaktelemente (13) bzw. zweite Kontaktelemente (14) aufweist, wobei die Kontaktelemente (13, 14) versetzt, insbesondere konzentrisch zueinander angeordnet sind, wobei für jeweils korrespondierende Kontaktelemente (13, 14) der beiden Kopplungselemente (2, 3) eine Schraubenfeder (19) vorhanden ist, deren Mittellinie zumindest eines der zueinander korrespondierenden Kontaktelemente (13, 14) umläuft, um eine elektrische Kontaktierung zwischen den korrespondierenden Kontaktelementen (13, 14) unter Herstellung einer Pressverbindung mit der jeweiligen Schraubenfeder (19) zu erzeugen. 17. Charging system according to one of claims 14 to 16, characterized in that the respective coupling element (2, 3) has a plurality of circular first contact elements (13) or second contact elements (14) in a cross section through it, wherein the contact elements (13, 14) are offset, in particular arranged concentrically to one another, wherein a helical spring (19) is provided for the respective corresponding contact elements (13, 14) of the two coupling elements (2, 3), the center line of which is at least one of the mutually corresponding contact elements (13, 14) in order to produce an electrical contact between the corresponding contact elements (13, 14) while producing a press connection with the respective helical spring (19).
18. Verfahren zum elektrischen Laden eines Elektrofahrzeuges, wobei das Elektrofahrzeug für ein elektrisches Laden eines Akkumulators des Elektrofahrzeuges an einer Ladeeinrichtung (1) positioniert wird, um ein erstes Kopplungselement (2) der Ladeeinrichtung (1) mit einem am Elektrofahrzeug angeordneten zweiten Kopplungselement (3) zu verbinden, um elektrische Energie über die Kopplungselemente (2, 3) an den Akkumulator zu übertragen, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 ausgebildet ist, wobei die Basis (4) zumindest teilweise in einen Boden (20) versenkt ist und das Elektrofahrzeug oberhalb der Ladeeinrichtung (1) positioniert wird, wonach das erste Kopplungselement (2) mit der Bewegungsvorrichtung (6) von einer im Boden (20) versenkten Nichtladeposition bei geöffneter Abdeckung (7) durch die Durchgangsöffnung (5) hindurch bewegt wird, um das erste Kopplungselement (2) zur Einnahme einer Ladeposition zum zweiten Kopplungselement (3) zu führen. 18. A method for electrically charging an electric vehicle, in which the electric vehicle is positioned on a charging device (1) for the purpose of electrically charging a battery in the electric vehicle, in order to connect a first coupling element (2) of the charging device (1) to a second coupling element (3 ) to connect in order to transmit electrical energy via the coupling elements (2, 3) to the accumulator, characterized in that the charging device (1) is designed according to one of claims 1 to 13, wherein the base (4) at least partially in a Ground (20) is sunk and the electric vehicle is positioned above the charging device (1), after which the first coupling element (2) with the moving device (6) from a non-charging position sunk in the ground (20) with the cover (7) open through the through-opening ( 5) is moved through to move the first coupling element (2) towards the second coupling element (3) to assume a loading position to lead.
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