WO2020077375A1 - Ladeeinheit zum laden eines fahrzeugs - Google Patents

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WO2020077375A1
WO2020077375A1 PCT/AT2019/060341 AT2019060341W WO2020077375A1 WO 2020077375 A1 WO2020077375 A1 WO 2020077375A1 AT 2019060341 W AT2019060341 W AT 2019060341W WO 2020077375 A1 WO2020077375 A1 WO 2020077375A1
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Friedrich Vogel
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Enio Gmbh
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Definitions

  • Such charging units can be installed in the vehicle that is to be charged or can be arranged at a charging station such as a charging station.
  • a charging station in the former case or the vehicle to be charged in the second case can connect to the charging unit for charging. In this way, a connection can be established between a charging station that provides electricity and the vehicle that stores the electricity.
  • the optimal inductive coupling is achieved when the further contact is aligned with the first contact along the connection axis.
  • this connecting axis points straight out of the insertion funnel, since the first contact is arranged centrally in the center of the insertion funnel, that is to say at its narrowed point.
  • the guide element is spatially close to the first contact, although it does not have to be directly adjacent to it.
  • the guide element can, for example, be designed as part of the insertion funnel or as part of the first contact. It can be movable and / or sprung along other axes beyond the connection axis.
  • the first contact is connected to the guide element. It is particularly advantageous if the first contact is immovably connected to the guide element.
  • the guide element and the first contact can be made in one piece.
  • the first contact is thus also spring-loaded and can be moved - preferably in a limited space - when loaded by the further contact. This simplifies the construction and improves the connection of the contacts to one another.
  • the further contact when the further contact approaches, the first contact can first be pushed a little away from it and moved deeper into the insertion funnel if the optimal relative position to one another has not yet been found. This favors centering and adjusting the contacts to one another. If the contacts face each other in such a way that a connection is possible, they can, if provided by the type of contacts, at least partially slide into one another and thus establish the connection. The first contact may move back.
  • the guide element can be pivotable in relation to the connecting axis.
  • the guide element can be pivoted about an axis transverse to the connecting axis or also about two axes.
  • the guide element is guided in a translatory manner along the connection axis. This means that the guide element can be moved along the connecting axis, but it cannot be pivoted in relation to this axis. This can be particularly advantageous when aligning the further contact in relation to the first contact. The alignment of the axes of the female and male contacts with one another can thus be achieved in particular in the case of a plug connection.
  • the guide element is at least partially arranged between the first contact and the insertion funnel.
  • the alignment of the axes of the contacts with one another can thus be designed particularly effectively.
  • the guide element can be connected to the insertion funnel via at least one spring.
  • the first contact is rigidly connected to the insertion funnel.
  • the insertion device has at least one movable flap for covering at least the first contact.
  • the first contact and the second contact are designed to transmit energy in a contactless manner, preferably via an inductive coupling.
  • position is meant a formal configuration or condition that the guide member can assume.
  • the roller does not necessarily have to have a roller block or a spindle, the roller can also consist exclusively of the rolled-up guide part. As described below, it is particularly advantageous if the guide part is designed to be self-rolling in the flexible position. The roll can disappear completely or almost completely when the arm is extended and the guide part is brought into the rigid position.
  • the guide part has an essentially flat cross section in a flexible position and a bent cross section in a rigid position.
  • the stabilization unit presses the guide part into a bent cross section at least on the side facing away from the roller. It can also be provided that the stabilizing unit presses the guide part into a flat cross section on one side, preferably on the side facing the roller, and into a bent cross section on another side.
  • the guide part is preferably designed as a strip, particularly preferably as a clack strip, which, owing to internal prestresses, can be moved between a rigid position with a bent cross section and an elastic position with a flat cross section or a cross section bent in another direction.
  • clack strips are already used as bracelets or as children's toys.
  • the cross-section means the section transverse to the longitudinal extent of the guide part. If the guide part is present in the arm in a rigid form, the cross section is thus the cut generally transverse to the longitudinal extension of the arm.
  • the guide part has a prestress in the direction of a rolled-up position in the flexible or flexible position.
  • the arm can at least partially be designed as a push chain.
  • the push chain can be rolled up in the de-energized state, but can transmit thrust and compressive forces under tension.
  • the push chain has at least two links connected to one another, a first link having at least one first connecting surface arranged essentially transversely to a main axis of the push chain and a second link at least one essentially transversely to the main axis of the push chain arranged second connecting surface, wherein the first connecting surface and second connecting surface are designed to be arranged in a linear position one above the other and to lie on one another.
  • the charging device can have a positioning system for aligning the arm and insertion device with respect to one another, and the positioning system can have at least one laser.
  • the lasers can simplify the fine positioning of the vehicle to the loading station, preferably automatically or semi-automatically.
  • the laser can also be arranged on the arm side.
  • the second contact has a pyramid-shaped body, the tip or the stump preferably pointing away from the arm.
  • standardized connection types such as the connector type ICE 62196 Type 2 can also be used.
  • the first plug can also have a socket corresponding to it.
  • the arm is preferably movable along one of its main axes. It is particularly advantageous if the arm can be moved by motor at least along a main axis of the arm. This allows the arm to be retracted and extended by a motor to connect the contacts.
  • the arm is flexibly mounted transversely to a main axis.
  • the arm can swing out when the contacts are staggered.
  • FIG. 1 shows a part of an embodiment of an insertion funnel according to the invention in a schematic perspective view
  • FIG. 3 shows a rear part of the loading unit in a schematic perspective view
  • FIG. 4 shows an insertion device according to the invention in a side view
  • FIG. 1 and 2 show an insertion funnel 3 according to the invention, which can be pivotally gimbally mounted.
  • This has an insertion recess 4, which initially remains the same width and height from an essentially square insertion opening 5 into the interior of the insertion funnel 3 and then tapers substantially uniformly.
  • the insertion funnel 3 tapers in a curved and particularly strong manner before the insertion recess 4 opens into a supply recess 6.
  • a first contact 7, designed as a type 2 E mobility plug, is inserted into the supply recess 6 and is only shown schematically.
  • the elongate plug is connected on its outer sides to a guide element 8 and is made in one piece with it, the guide element 8 having a shoulder 10 at the end remote from the insertion opening 5, which shoulder allows the guide element 8 and the first contact 7 to penetrate into the insertion recess 4 limited.
  • the guide element 8 together with the first contact 7 has a cross section which, with the exception of the shoulder 10, fits snugly with the cross section of the supply recess 6.
  • the first contact 7 can thus be moved translationally along a connecting axis A.
  • the first contact is designed as a socket and has an end face 12 for connection to a further contact, which is normal to the connection axis A and points into the insertion recess 4.
  • the guide element 8 is connected in a spring-loaded manner to the insertion funnel 3 via four springs 9, as a result of which the latter is in the unloaded position in the direction of the insertion guide recess 4 is pushed until the shoulder 10 is pressed against the corresponding shoulder of the insertion funnel 3. This unloaded position is shown in Fig. 2.
  • the guide element 8 and also the first contact 7 protrude into the insertion recess 4.
  • a connecting head 19 is arranged, which has an elastic section 20.
  • this elastic section 20 is designed as a spiral spring.
  • a second contact 21 is arranged at one end of the arm 15, which is a substantially truncated pyramid Has body 22 which extends along an intermediate axis C.
  • the intermediate axis C is also the axis on which, should the second contact 21 be displaced along this, the risk of tilting or of getting stuck when connecting to the first contact 7 is particularly low.
  • the main axis B and the intermediate axis C are the same axis.
  • the arm 15 which has a guide part 23 which has an elongated, flat shape as a strip and is preferably made from flexible metal.
  • the guide part 23 is designed such that it is flexurally elastic in the case of an essentially flat cross section and is more rigid in the case of a bent cross section, as in the case of a curved cross section, for example.
  • the selection of the cross-section means that the guide part 23 can be rolled up on a roller 24, preferably inside the vehicle, on the one hand, and on the other hand can be so rigid when it extends that it enables the arm 15 to be guided in a stable manner.
  • a cable 27 is arranged on the guide part 23 and is electrically connected to the second contact 21 and thus enables the connection between the vehicle and the charging unit.
  • part of the guide part 23 is rolled up on the roller 24, is passed through an insertion device 18 and finally out of a vehicle body 30.
  • the guide part 23 is a metal tongue, preferably of elongated design and / or with essentially parallel side edges.
  • the guide part 23 When rolled up, the guide part 23 has a flat cross section 28 with a transverse extension Q, for example on the lower side of the roller 24.
  • the drive-in device 18 has two laterally arranged thrust rollers 26, which can be equipped with teeth, the thrust rollers 26 opening an opening with a distance D between them, which is smaller than the transverse extension Q of the guide part 23 with a flat cross section 28 the guide part 23 is brought into a shape with a curved cross-section 29 when it is guided through the push rollers 26, visible on the upper side of the roller 24.
  • the retracting device 18 also acts as a stabilizing unit. This is because the part stiffens beyond the entry device 18 transversely to its longitudinal direction and an essentially straight arm 15 is extended.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ladeeinheit zum Laden eines Fahrzeugs, wobei die Ladeeinheit eine Einführeinrichtung (1) mit zumindest einem schwenkbaren Einführtrichter (3) und einem darin angeordneten ersten Kontakt (7) zum elektrischen Verbinden mit zumindest einem weiteren Kontakt entlang einer Verbindungsachse (A) aufweist. Aufgabe der Erfindung ist, die beschriebenen Nachteile zu vermeiden und eine Ladeeinheit bereitzustellen, die ein vermindertes Risiko an Verkantungen beim Verbinden mit dem weiteren Kontakt aufweist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zumindest ein Führungselement im Bereich des ersten Kontakts angeordnet ist und das Führungselement zumindest entlang der Verbindungsachse gefedert ist.

Description

Ladeeinheit zum Laden eines Fahrzeugs
Die Erfindung betrifft eine Ladeeinheit zum Laden eines Fahrzeugs, wobei die La- deeinheit eine Einführeinrichtung mit zumindest einem schwenkbaren Einführtrich- ter und einem darin angeordneten ersten Kontakt zum elektrischen Verbinden mit zumindest einem weiteren Kontakt entlang einer Verbindungsachse aufweist, wobei zumindest ein Führungselement im Bereich des ersten Kontakts angeordnet ist und dass das Führungselement zumindest entlang der Verbindungsachse gefe- dert beweglich ist.
Solche Ladeeinheiten können in jenem Fahrzeug verbaut werden, welches geladen werden soll oder an einer Ladestation wie einer Ladesäule angeordnet sein. Eine Ladestation im ersteren Fall oder das zu ladende Fahrzeug im zweiteren Fall kann sich dabei zum Laden mit der Ladeeinheit verbinden. So kann eine Verbindung zwischen einer Ladestation, welche Strom bereitstellt und dem Fahrzeug, das den Strom speichert, hergestellt werden.
Solche Ladeeinheiten sind dem entsprechend für elektrisch betriebene Autos wie reine Elektrofahrzeuge oder auch Fahrzeuge mit mehr als einer Betreibungsart wie Hybridfahrzeuge besonders wichtig, da diese Fahrzeuge regelmäßig größere Men- gen an Energie in Form von Strom aufnehmen müssen. Dazu werden die Fahr- zeuge in der Regel zuerst in die Nähe der Ladestation geführt und passend zur Ladestation positioniert, damit danach ein weiterer Kontakt mit dem ersten Kon- takt verbinden kann. Diese Verbindung erfolgt vorzugsweise automatisch oder halbautomatisch, sodass der Fahrer nicht mehr aussteigen oder sich um die Ver- bindung kümmern muss.
Die Einführeinrichtung dient dazu, einen weiteren Kontakt zumindest teilweise auf- zunehmen, damit dieser mit dem ersten Kontakt verbinden kann. Der weitere Kon- takt kann beispielsweise an einem Ladekabel oder an einem ähnlichen Übertra- gungsmedium angeordnet sein.
In der US 2011/300738 Al und der US 5,462,439 Al sind Ladeeinheiten beschrie- ben, welche Ladetrichter aufweisen, um automatisch bewegliche weitere Kontakte in der Ladeeinheit zu zentrieren, falls das Fahrzeug leicht versetzt zur Ladestation angeordnet wird. Dies ermöglicht eine Erweiterung des Abstellbereiches des Fahr- zeugs in dem ein Verbinden noch möglich ist. Jedoch ist dieser Bereich trotzdem noch sehr klein und es kann zu einem Verkanten des zweiten Kontaktes mit dem Ladetrichter kommen, womit ein vollständiges Verbinden nicht möglich ist. Dies ist sehr unangenehm, da dies nur durch weitere Verbindungsversuche oder sogar dem Verschieben des Fahrzeugs verbunden ist, was die Verbindungsprozess langwierig und für den Benutzer des Fahrzeugs umständlich macht.
In der DE 10 2001 082 092 Al und der US 5,462,439 Al ist ein Ladesystem mit einer Ladeeinheit beschrieben, welches einen schwenkbaren Einführtrichter auf- weist. Damit kann der Einführtrichter bei Annäherung des weiteren Kontaktes in dessen Richtung schwenken, um so die Verbindung mit dem ersten Kontakt zu erleichtern und den Wirkungsbereich des Einführtrichters zu erweitern. Dabei kann es aber nach wie vor zu einer Verkantung oder Verklemmung des weiteren Kon- takts oder eines damit verbundenen Teils mit dem der Ladeeinheit kommen, was die Verbindung verhindert. Da so die Verbindung bei Verwendung herkömmlicher, standardisierter Kontakte sehr fehleranfällig ist, müssen speziell geformte Kon- takte vorgesehen werden, um ein besseres Verbinden zu ermöglichen. Dies ist aber wenig vorteilhaft, da die Herstellung so verteuert und verkompliziert wird, und es zu Kompatibilitätsproblemen bei Fahrzeugen mit weit verbreiteten, stan- dardisierten Steckverbindungstypen kommt.
Die WO 2013/055275 Al offenbart einen Einführtrichter, in dem ein gefedertes Führungselement angeordnet ist. Dabei sind erste Kontakte ringförmig um das Führungselement angeordnet. Das Führungselement erleichtert die Ausrichtung des in den Einführtrichter eingeführten weiteren Kontaktes. Damit ausreichend viel Energie übertragen werden kann, müssen die ringförmigen Kontakte so ausgeführt und aufeinander abgestimmt sein, dass sie großflächig aufeinander liegen. Wenn der weitere Kontakt nicht schon exakt ausgerichtet ist, wenn er eingeführt wird, so kommt es daher trotz des Führungselements zu einer mechanischen Belastung des ersten und zweiten Kontaktes. Während des Einführens reiben die Kontakte aneinander, was zu einem erhöhten Verschleiß führt. Dies führt bei öfterem Ein- und Ausstecken zu einer schlechteren Verbindung und einem erhöhten Widerstand der Verbindung.
Aufgabe der Erfindung ist damit, die beschriebenen Nachteile zu vermeiden und eine Ladeeinheit bereitzustellen, die eine erhöhte Lebensdauer aufweist.
Dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Führungselement im Wesentlichen um den ersten Kontakt herum angeordnet ist.
Durch das gefederte Führungselement wird der weitere Kontakt in Bezug zum ersten Kontakt weiter zentriert und derart ausgerichtet, sodass diese direkt ge- genüber stehen und sich einfach miteinander verbinden können. Insbesondere bei Steckverbindungen ist dies vorteilhaft, da so das Ineinandergleiten erleichtert wird. Dabei kann das Führungselement unterschiedlichste Formen aufweisen. Die Verbindungsachse wird durch den ersten Kontakt definiert und ist jene Achse, entlang derer der erste Kontakt und der sich damit verbindende weitere Kontakt zueinanderbewegt werden müssen, um eine optimale elektrische Verbindung der Kontakte bei möglichst geringem Verkantungs- oder Verklemmungsrisiko herstel- len zu können. Bei einer Steckverbindung wird diese Verbindungsachse meist durch die Richtung der Stifte bzw. Öffnungen, in denen die Stifte eingeführt wer- den, vorgegeben. Bei einer Verbindung ohne elektrisch leitenden Kontakt, bei- spielsweise bei einer induktiven Übertragung, wird bei Ausrichtung des weiteren Kontakts zum ersten Kontakt entlang der Verbindungsachse die optimale induktive Kopplung erreicht. In der Regel weist diese Verbindungsachse gerade aus dem Einführtrichter hinaus, da der erste Kontakt mittig im Zentrum des Einführtrich- ters, also an deren verengten Stelle, angeordnet ist.
Der Einführtrichter muss sich nicht gleichmäßig verjüngen, sondern kann in ver- schiedene Richtungen unterschiedliche Steigungen, Verläufe oder Plateaus aufwei- sen. Er kann über eine Achse schwenkbar sein oder auch eine kardanische La- gerung aufweisen und damit in mehrere Richtungen schwenkbar sein.
Mit im Bereich des ersten Kontaktes ist dabei gemeint, dass das Führungselement eine räumliche Nähe zum ersten Kontakt aufweist, wobei es nicht direkt an diesen grenzen muss. Das Führungselement kann beispielsweise als Teil des Einführtrich- ters ausgeführt sein oder als Teil des ersten Kontaktes. Es kann über die Verbin- dungsachse hinaus entlang weiterer Achsen beweglich und/oder gefedert sein.
Vorteilhaft ist, wenn der erste Kontakt mit dem Führungselement verbunden ist. Dabei ist besonders vorteilhaft, wenn der erste Kontakt mit dem Führungselement unbeweglich verbunden ist. Das Führungselement und der erste Kontakt können dabei einstückig ausgeführt sein. Damit ist der erste Kontakt ebenso gefedert ge- lagert und kann bei Belastung durch den weiteren Kontakt - vorzugsweise in einem begrenzten Raum - bewegt werden. Dies vereinfacht den Aufbau und verbessert das Verbinden der Kontakte miteinander. Insbesondere bei einer Steckverbindung kann bei Annähern des weiteren Kontaktes der erste Kontakt zuerst ein wenig von diesem weggedrückt und tiefer in den Einführtrichter bewegt werden, falls noch nicht die optimale relative Position zueinander gefunden ist. Dies begünstigt das Zentrieren und Einstellen der Kontakte zueinander. Stehen sich die Kontakte der- art gegenüber, dass eine Verbindung gut möglich ist, so können diese, falls durch die Art der Kontakte vorgesehen, zumindest teilweise ineinandergleiten und damit die Verbindung hersteilen. Dabei kann es zu einer Zurückbewegung des ersten Kontaktes kommen.
Wenn der erste Kontakt über zumindest eine Feder des Führungselements mit dem Einführtrichter verbunden ist, so kann damit der Aufbau weiter vereinfacht werden. Dabei können mehrere Federn vorgesehen werden, welche beispielsweise im We- sentlichen gleichmäßig um den Umfang des Führungselements angeordnet sind, um eine gute Federung zu ermöglichen.
Um eine verbesserte Führung des weiteren Kontaktes zu ermöglichen, kann das Führungselement in Bezug zur Verbindungsachse schwenkbar sein. Das Führungs- element kann um eine Achse quer zur Verbindungsachse schwenkbar sein oder auch um zwei Achsen.
Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass das Führungselement entlang der Ver- bindungsachse translatorisch geführt ist. Damit ist gemeint, dass das Führungs- element entlang der Verbindungsachse bewegbar ist, es aber nicht im Bezug zu dieser Achse schwenkbar ist. Dies kann insbesondere beim Ausrichten des weite- ren Kontaktes in Bezug zum ersten Kontakt vorteilhaft sein. Insbesondere bei einer Steckverbindung kann so das Angleichen der Achsen der weiblichen und männli- chen Kontakte zueinander erreicht werden.
Um eine unkontrollierte Bewegung aus dem Einführtrichter heraus zu verhindern, kann vorgesehen sein, dass das Führungselement zumindest eine Schulter auf- weist, und die Schulter die Bewegung des Führungselements in Richtung einer Einführausnehmung des Trichters begrenzt. Die Schulter kann an einer korrespon- dieren Schulter des Einführtrichters in einer maximal ausgefahrenen Stellung an- liegen.
Besonders vorteilhaft ist, wenn das Führungselement zumindest teilweise zwischen erstem Kontakt und Einführtrichter angeordnet ist. Damit kann das Angleichen der Achsen der Kontakte zueinander besonders effektiv gestaltet werden.
Besonders vorteilhaft ist, dass das Führungselement im Wesentlichen um den ersten Kontakt herum angeordnet ist. Dabei kann das Führungselement auch nicht mit dem ersten Kontakt verbunden sein. Es können auch mehrere Führungsele- mente vorgesehen sein, welche um den ersten Kontakt herum angeordnet sind.
Um die Führung des weiteren Kontakts weiter zu verbessern kann das Führungs- element in eine Einführausnehmung des Einführtrichters in einer entspannten Stel- lung hineinragen. Unter Einführausnehmung wird dabei jener Teil des Einführtrich- ters verstanden, der sich zumindest großteils verjüngt und damit hauptsächlich die Funktion der Leitung und Führung des weiteren Kontakts übernimmt. Ragt das Führungselement in diesen Bereich hinein, so kann die Achse des weiteren Kon- takts unterstützt werden, während dessen Positionierung durch die Einführausneh- mung verbessert wird. Zur besseren Führung des weiteren Kontakts kann auch vorgesehen sein, dass das Führungselement zumindest eine Leitfläche aufweist, die zumindest abschnitts- weise in Richtung des ersten Kontakts geneigt ist.
Um eine stabile und einfache Ausführung zu gewährleisten, kann das Führungs- element über zumindest eine Feder mit dem Einführtrichter verbunden sein.
Es kann auch vorgesehen sein, dass der erste Kontakt mit dem Einführtrichter starr verbunden ist.
Zum Schutz vor Verschmutzung kann vorgesehen sein, dass die Einführeinrichtung zumindest eine bewegliche Klappe zur Abdeckung zumindest des ersten Kontakts aufweist.
Besonders vorteilhaft sind Ladevorrichtungen, die eine Ladeeinheit nach der be- schriebenen Art aufweisen und eine solche Ladevorrichtung zumindest einen be- weglichen Arm mit einem zweiten Kontakt zum elektrischen Verbinden mit dem ersten Kontakt aufweist. Dieser zweite Kontakt kann als weiterer Kontakt mit dem ersten Kontakt verbinden und so eine Verbindung zwischen einem Fahrzeug und einer Ladestation aufbauen. Dabei kann die Ladeeinrichtung vorzugsweise an der Ladestation, wie einer Ladesäule angeordnet sein, während der Arm vorzugsweise an dem Fahrzeug angeordnet ist. Auch umgekehrte Anordnungen sind möglich.
Weiters ist vorteilhaft, wenn der erste Kontakt als Buchse und der zweite Kontakt als Stecker ausgeführt ist. Damit kann einfach eine Steckverbindung hergestellt werden, was eine stabile und einfache Verbindung darstellt, über die große Mengen an Energie in kurzer Zeit übertragen werden können. Alternativ kann auch der erste Kontakt als Stecker und der zweite Kontakt als Buchse ausgeführt werden. Dabei wird unter Buchse der äußere Kontakt einer Steckverbindung verstanden, in den der Stecker eingeführt wird.
Um eine möglichst gefahrenlose Energieübertragung zu ermöglichen kann vorge- sehen sein, dass der erste Kontakt und der zweite Kontakt dazu ausgebildet sind, kontaktlos Energie zu übertragen, vorzugsweise über eine induktive Kopplung.
Alternativ können auch der erste Kontakt und der zweite Kontakt elektrische Kon- taktflächen zur Verbindung miteinander aufweisen. Damit wird eine besonders hohe Energieübertragungsrate ermöglicht.
Um eine bessere Zentrierung des zweiten Kontaktes zu ermöglichen, kann der Arm vorzugsweise im Bereich des zweiten Kontakts einen Abschnitt aufweisen, der elastisch biegsam ist. Damit wird das Einfahren des Arms in den Einführtrichter erleichtert. Besonders vorteilhaft ist auch, wenn ein Führungsteil des Arms zumindest teilweise auf einer Rolle aufrollbar ist und durch eine Stabilisierungseinheit geführt wird, welche dazu eingerichtet ist, den Führungsteil zwischen einer biegsamen Stellung auf der Seite der Rolle und einer biegesteifen Stellung auf der anderen Seite der Stabilisierungseinheit überzuführen. Mit biegesteif ist in dieser Stellung eine Steif- heit des Führungsteils gemeint, dass dieser zumindest das Eigengewicht des Arms aufnehmen kann, ohne dass der Arm abknickt und vorzugsweise auch kleineren Belastungen im Zuge des Koppelns entgegenwirken kann. Dabei kann vorgesehen sein, dass ein Teil des Führungsteils die biegsame Stellung und ein anderer Teil des Führungsteils gleichzeitig die biegesteife Stellung einnimmt.
Mit Stellung ist eine förmliche Konfiguration oder ein Zustand gemeint, die der Führungsteil einnehmen kann.
Dabei muss die Rolle nicht unbedingt einen Rollenbock oder eine Spindel aufwei- sen, die Rolle kann auch ausschließlich aus dem aufgerollten Führungsteil beste- hen. Dabei ist wie unten beschrieben besonders vorteilhaft, wenn der Führungsteil in biegsamer Stellung selbstaufrollend ausgeführt ist. Dabei kann die Rolle ganz oder fast ganz verschwinden, wenn der Arm ausgefahren wird und dabei der Füh- rungsteil in die biegesteife Stellung gebracht wird.
Weiters kann vorgesehen sein, dass zumindest das Führungsteil aus biegsamen Metall gefertigt ist und vorzugsweise Vorspannungen aufweist, welche das Füh- rungsteil entweder in einer biegesteifen Stellung oder in einer elastischen Stellung hält, abhängig von der Form des Querschnitts.
Vorteilhaft ist auch, wenn das Führungsteil in einer biegsamen Stellung einen im Wesentlichen flachen Querschnitt und in einer biegesteifen Stellung einen gebeug- ten Querschnitt aufweist.
Es kann vorgesehen sein, dass die Stabilisierungseinheit den Führungsteil zumin- dest auf der der Rolle abgewandten Seite in einen gebeugten Querschnitt drückt. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass die Stabilisierungseinheit den Führungsteil auf einer Seite, vorzugsweise auf der der Rolle zugewandten Seite, in einen flachen Querschnitt und auf einer anderen Seite in einen gebeugten Querschnitt drückt.
Der Führungsteil ist dabei vorzugsweise als Streifen ausgeführt, besonders vor- zugsweise als Klackstreifen, welcher aufgrund von innerer Vorspannungen zwi- schen einer biegesteifen Stellung mit gebeugten Querschnitt und einer biegeelas- tischen Stellung mit flachem oder in eine andere Richtung gebeugten Querschnitt bewegbar ist. Solche Klackstreifen finden als Armbänder oder als Kinderspielzeug bereits Anwendung. Dabei ist in diesem Sinne mit Querschnitt der Schnitt quer zur Längserstreckung des Führungsteils gemeint. Wenn der Führungsteil in steifer Form im Arm vorliegt, so ist damit der Querschnitt damit der Schnitt in der Regel quer zur Längser- streckung des Arms.
Es kann vorgesehen sein, dass der Führungsteil in der biegsamen oder biege- elastischen Stellung eine Vorspannung in Richtung einer zusammengerollten Stel- lung aufweist.
Um den Platzbedarf des Arms zu senken, kann der Arm zumindest teilweise als Schubkette ausgeführt sein. Dabei kann die Schubkette im spannungslosen Zu stand aufgerollt werden kann, unter Spannung jedoch Schub- und Druckkräfte übertragen. In diesem Sinne ist es besonders vorteilhaft, wenn die Schubkette zumindest zwei miteinander verbundene Glieder aufweist, wobei ein erstes Glied zumindest eine im Wesentlichen quer zu einer Hauptachse der Schubkette ange- ordnete erste Verbindungsfläche und ein zweites Glied zumindest eine im Wesent- lichen quer zur Hauptachse der Schubkette angeordnete zweite Verbindungsfläche aufweist, wobei die erste Verbindungsfläche und zweite Verbindungsfläche dazu ausgebildet sind, in einer linearen Stellung übereinander angeordnet zu werden und aufeinander aufzuliegen.
Um das Positionieren des Fahrzeugs zur Ladestation zu vereinfachen, kann die Ladevorrichtung ein Positionierungssystem zum Ausrichten von Arm und Ein- führeinrichtung zueinander aufweisen, und das Positioniersystem zumindest einen Laser aufweisen. Die Laser können die Feinpositionierung des Fahrzeugs zur Lade- station, vorzugsweise automatisch oder halbautomatisch vereinfachen. Alternativ kann der Laser auch auf Seite des Arms angeordnet sein.
Es kann vorgesehen sein, dass der zweite Kontakt einen pyramidenförmigen Kör- per aufweist, wobei die Spitze oder der Stumpf vorzugsweise vom Arm weg zeigt. Alternativ können auch standardisierte Verbindungstypen wie beispielsweise der Steckertyp ICE 62196 Typ 2 verwendet werden. Dem entsprechend kann der erste Stecker auch eine mit ihm korrespondierende Buchse aufweisen.
Vorzugsweise ist der Arm entlang einer seiner Hauptachse beweglich. Besonders vorteilhaft ist, wenn der Arm motorisch zumindest entlang einer Hauptachse des Arms bewegbar ist. Damit kann der Arm motorisch ein- und ausgefahren werden, um so die Kontakte miteinander zu verbinden.
Um eine bessere Verbindung zu gewährleisten, kann vorgesehen sein, dass der Arm quer zu einer Hauptachse flexibel gelagert ist. So kann der Arm ausschwen- ken, wenn die Kontakte versetzt zueinander angeordnet sind. In der Folge wird die vorliegende Erfindung anhand einer in den Figuren darge- stellten nicht einschränkenden Ausführungsvariante näher erläutert. Es zeigen :
Fig. 1 einen Teil einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ein- führtrichters in einer schematischen perspektivischen Ansicht;
Fig. 2 den Einführtrichter in einer schematischen perspektivischen Ansicht;
Fig. 3 einen Hinterteil der Ladeeinheit in einer schematischen perspektivi- schen Ansicht;
Fig. 4 eine erfindungsgemäße Einführeinrichtung in einer Seitenansicht;
Fig. 5a eine erfindungsgemäße Einführeinrichtung in einer alternativen Aus- führungsform in einer Seitenansicht;
Fig.5b die Ausführungsform aus Fig. 5a in einer Hinteransicht.
Fig. 1 und Fig. 2 zeigen einen erfindungsgemäßen Einführtrichter 3, der schwenk- bar kardanisch lagerbar ist. Dieser weist eine Einführausnehmung 4 auf, welche von einer im Wesentlichen viereckigen Einführöffnung 5 ins Innere des Ein- führtrichters 3 zuerst gleich breit und hoch bleibt und sich danach im Wesentlichen gleichmäßig verjüngt. Am der Einführöffnung 5 gegenüberliegenden Ende der Ein- führausnehmung 4 verjüngt sich der Einführtrichter 3 geschwungen und besonders stark, bevor die Einführausnehmung 4 in eine Versorgungsausnehmung 6 mündet. Diese endet am gegenüberliegenden Ende des Einführtrichters 3. In die Versor- gungsausnehmung 6 ist ein als Typ 2 E-Mobilitätsstecker ausgeführter erster Kon- takt 7 eingesetzt, welcher nur schematisch dargestellt ist. Der längliche Stecker ist an seinen Außenseiten mit einem Führungselement 8 verbunden und einstückig mit ihm ausgeführt, wobei das Führungselement 8 am von der Einführöffnung 5 entfernten Ende eine Schulter 10 aufweist, welche das Eindringen des Führungs- elements 8 und des ersten Kontakts 7 in die Einführausnehmung 4 begrenzt. Das Führungselement 8 zusammen mit dem ersten Kontakt 7 weist einen Querschnitt auf, der bis auf die Schulter 10 passgenau mit dem Querschnitt der Versorgungs- ausnehmung 6 zusammenpasst. Damit ist der erste Kontakt 7 translatorisch ent- lang einer Verbindungsachse A bewegbar. Der erste Kontakt ist als Buchse ausge- führt und weist eine Stirnfläche 12 zur Verbindung mit einem weiteren Kontakt auf, die normal zur Verbindungsachse A steht und in die Einführausnehmung 4 hinein zeigt.
Das Führungselement 8 ist über vier Federn 9 mit dem Einführtrichter 3 gefedert verbunden, wodurch dieses in unbelasteter Stellung so lange in Richtung der Ein- führausnehmung 4 geschoben wird, bis die Schulter 10 gegen die korrespondie- rende Schulter des Einführtrichters 3 gedrückt wird. Diese unbelastete Stellung ist in Fig. 2 gezeigt. Dabei ragt das Führungselement 8 und auch der erste Kontakt 7 in die Einführausnehmung 4 hinein.
Der erste Kontakt 7 wird elektrisch über nicht dargestellte Kabel über die Versor- gungsausnehmung 6 versorgt.
Der Einführtrichter 3 weist einen Vorderteil 13 und einen Hinterteil 14 auf, welche miteinander verschraubt sind. In Fig. 3 wird nur der Hinterteil 14 gezeigt, der zeigt, dass sich die Versorgungsausnehmung 4 am von der Einführöffnung 5 ent- fernten Ende seinen Querschnitt verkleinert. Damit wird eine Fläche freigegeben, die normal zur Verbindungsachse A steht und an der die Federn 9 angreifen kön- nen. Diese Fläche begrenzt auch die Bewegung des Führungselements 8 weg von der Einführöffnung 5.
In Fig. 4 wird eine Ladevorrichtung dargestellt, die eine Einführeinrichtung 1 einer zum Einbau in eine Ladeeinheit wie einer Ladesäule einer Ladestation und einen beweglichen Arm 15 zum Einbau in ein Fahrzeug aufweist. Die Einführeinrichtung 1 weist dabei einen Ladetrichter 3 ähnlich der in den Fig. 1 bis Fig. 3 gezeigten Ausführungsform auf, der in einer Aufhängung 11 einmal um eine erste Schwenk- achse S1 und einmal um eine zweite Schwenkachse S2 beweglich schwenkbar ge- lagert ist. Damit ergibt sich eine kardanisch Lagerung für den Ladetrichter 3. Beide Schwenkachsen S1 und S2 stehen normal zur Verbindungsachse A. Damit kann der Einführtrichter 3 um etwa 30° in jede beliebige Richtung geschwenkt werden. In anderen Ausführungsformen kann ein kleinerer oder größerer Winkel gewählt werden. In Fig. 4 ist der Einführtrichter 3 in einer neutralen, nicht ausgeschwenk- ten Position abgebildet.
Der Arm 15 weist einen starren Hauptarm 16 auf, welcher über eine Zahnstange 17 mit einer motorisierten Einfahrvorrichtung 18 verbunden ist. Damit kann der Arm 15 entlang einer Hauptachse B linear verschoben und damit aus einer Ver- kleidung des Fahrzeuges aus einer Lagerstellung im Inneren der Karosserie in eine Wirkstellung geschoben werden. Dabei ragt er in Wirkstellung zumindest teilweise aus dem Fahrzeug heraus und kann sich mit der Einführeinheit 1 verbinden.
Am dem Fahrzeug ferneren Ende, also dem Ladetrichter 3 zugewandten Ende ist ein Verbindungskopf 19 angeordnet, welcher einen elastischen Abschnitt 20 auf- weist. Dieser elastische Abschnitt 20 ist in dieser Ausführungsform als Spiralfeder ausgeführt. Am elastischen Abschnitt 20 ist an einem Ende des Arms 15 ein zweiter Kontakt 21 angeordnet, weicher einen im Wesentlichen pyramidenstumpfförmigen Körper 22 aufweist, der sich entlang einer Zwischenachse C erstreckt. Die Zwi- schenachse C ist dabei auch jene Achse, bei der, sollte der zweite Kontakt 21 entlang dieser verschoben werden, das Risiko von Verkantungen oder von einem Steckenbleiben beim Verbinden mit dem ersten Kontakt 7 besonders gering ist. In der dargestellten, unbelasteten Stellung des Arms 15, in der keine Wesentlichen Kräfte auf den zweiten Kontakt 21 wirken, sind Hauptachse B und Zwischenachse C achsgleich.
In Fig. 4 wird der optimale Fall dargestellt, indem Hauptachse B und Verbindungs- achse A achsgleich sind. Mit anderen Worten ist das Fahrzeug optimal zur Lade- station positioniert, sodass durch das lineare Ausfahren des Arms 15 eine Verbin- dung zwischen erstem Kontakt 7 und zweitem Kontakt 21 hergestellt werden kann. Da der zweite Kontakt 21 nicht quer belastet wird, liegt die Zwischenachse C auch achsgleich mit der Verbindungsachse A vor. Steht das Fahrzeug aber leicht ver- setzt, so sind die Hauptachse C und Verbindungsachse A nicht mehr achsgleich und sie sind auch eventuell nicht mehr parallel zueinander. Wird der Hauptarm 16 durch die Einfahrvorrichtung 18 in Richtung der Einführeinrichtung 1 verfahren, so trifft der zweite Kontakt 21 in diesem Fall aufgrund einer Verschiebung zwischen Verbindungsachse A und Hauptachse B nicht zentrisch auf den Einführtrichter 3. Der elastische Abschnitt 20 kann sich damit verbiegen und der zweite Kontakt 21 in Richtung des ersten Kontaktes 7 geführt werden. Trifft der zweite Kontakt 21 auf ein oder mehrere Führungselemente 8, so wird dieser durch die elastische Führung weiter zum ersten Kontakt 7 geführt und/oder dessen Zwischenachse 21 entsprechend der Verbindungsachse A ausgerichtet, sodass diese parallel und/oder achsgleich werden. Damit wird das Zusammenführen des ersten und zweiten Kon- takts 7, 21 optimal erreicht.
In Fig. 5a und Fig. 5b wird eine alternative Ausführungsform des Arms 15 gezeigt, welcher einen Führungsteil 23 hat, der als Streifen eine längliche, flache Form aufweist und vorzugsweise aus biegsamem Metall gefertigt ist. Dabei ist der Füh- rungsteil 23 so ausgeführt, dass er bei im Wesentlichen flachen Querschnitt bie- geelastisch ist und bei einem gebeugten Querschnitt, wie bei gebogenen Quer- schnitt beispielsweise, biegesteifer ist. Damit wird bedingt, dass durch die Wahl des Querschnitts das Führungsteil 23 einerseits auf einer Rolle 24, vorzugsweise im Inneren des Fahrzeugs, aufgerollt werden kann, andererseits beim Ausfahren so biegesteif sein kann, dass es eine stabile Führung des Arms 15 ermöglicht. Auf dem Führungsteil 23 ist ein Kabel 27 angeordnet, der mit dem zweiten Kontakt 21 elektrisch verbunden ist und damit die Verbindung zwischen Fahrzeug und Lade- einheit ermöglicht. In der gezeigten Ausführungsform ist ein Teil des Führungsteils 23 auf der Rolle 24 aufgerollt, wird durch eine Einfahrvorrichtung 18 hindurch und schließlich aus einer Fahrzeugkarosserie 30 herausgeführt.
Das Führungsteil 23 ist eine Metallzunge, vorzugsweise länglich ausgeführt und/ oder mit im Wesentlichen parallelen Seitenkanten.
Aufgerollt weist der Führungsteil 23 einen flachen Querschnitt 28 mit einer Querer- streckung Q auf, beispielsweise an der unteren Seite der Rolle 24 ersichtlich. Die Einfahrvorrichtung 18 weist dabei zwei seitlich angeordnete Schubrollen 26 auf, welche mit Zähnen ausgestattet sein können, wobei die Schubrollen 26 eine Öff nung mit einer Distanz D zwischen einander aufspannen, die kleiner ist als die Quererstreckung Q des Führungsteils 23 bei flachem Querschnitt 28. Damit wird der Führungsteil 23 in eine Form mit gebogenem Querschnitt 29 gebracht, wenn er durch die Schubrollen 26 geführt wird, ersichtlich an der oberen Seite der Rolle 24. Damit wirkt in dieser Ausführungsform die Einfahrvorrichtung 18 auch als Sta- bilisierungseinheit. Denn damit versteift sich der Teil jenseits der Einfahrvorrich- tung 18 quer zu seiner Längsrichtung und es wird ein im Wesentlichen gerader Arm 15 ausgefahren.
Vorzugsweise zwischen den Schubrollen 26 und der Rolle 24 kann die Stabilisie- rungseinheit auch ein Führungsprofil aufweisen, welches dazu eingerichtet ist, den Querschnitt des Führungsteils 23 in eine im Wesentlichen flache Form zu drücken. Damit wird das in Richtung der Rolle 24 geführte Führungsteil 23 automatisch in eine flache und damit biegsame Form gedrückt. Alternativ kann auch kein Füh- rungsprofil vorgesehen sein und die Überführung in ein flaches Profil über die Kraft durch die Rolle 24 automatisch erfolgen.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Ladeeinheit zum Laden eines Fahrzeugs, wobei die Ladeeinheit eine Ein- führeinrichtung (1) mit zumindest einem schwenkbaren Einführtrichter (3) und einem darin angeordneten ersten Kontakt (7) zum elektrischen Verbin- den mit zumindest einem weiteren Kontakt entlang einer Verbindungsachse (A) aufweist, wobei zumindest ein Führungselement (8) im Bereich des ersten Kontakts (7) angeordnet ist und dass das Führungselement (8) zumindest entlang der Verbindungsachse (A) gefedert beweglich ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (8) im Wesentlichen um den ersten Kontakt (7) herum angeordnet ist.
2. Ladeeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kontakt (7) mit dem Führungselement (8) starr verbunden ist.
3. Ladeeinheit nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (8) in Bezug zur Verbindungsachse (A) schwenk- bar ist.
4. Ladeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (8) entlang der Verbindungsachse (A) translato- risch geführt ist.
5. Ladeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (8) zumindest eine Schulter (10) aufweist, und die Schulter (10) die Bewegung des Führungselements (8) in Richtung einer Einführausnehmung (4) des Einführtrichters (3) begrenzt.
6. Ladeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (8) zumindest teilweise zwischen ersten Kontakt (7) und Einführtrichter (3) angeordnet ist.
7. Ladeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (8) in eine Einführausnehmung (4) des Ein- führtrichters (3) in einer entspannten Stellung hineinragt.
8. Ladeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (8) zumindest eine Leitfläche aufweist, die zumin- dest abschnittsweise in Richtung des ersten Kontakts (7) geneigt ist.
9. Ladeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (8) über zumindest eine Feder (9) mit dem Ein- führtrichter (3) verbunden ist.
10. Ladeeinheit nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kontakt (7) mit dem Einführtrichter (3) starr ver- bunden ist.
11. Ladeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Einführeinrichtung (1) zumindest eine bewegliche Klappe zur Ab- deckung zumindest des ersten Kontaktes (7) aufweist.
12. Ladevorrichtung, wobei die Ladevorrichtung eine Ladeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 11 umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladevor- richtung zumindest einen beweglichen Arm (15) mit einem zweiten Kontakt (21) zum elektrischen Verbinden mit dem ersten Kontakt (7) aufweist.
13. Ladevorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kontakt (7) als Buchse und der zweite Kontakt (21) als Stecker ausge- führt ist.
14. Ladevorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kontakt (7) und der zweite Kontakt (21) dazu ausgebildet sind, kontaktlos Energie zu übertragen, vorzugsweise über eine induktive Kopp- lung.
15. Ladevorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kontakt (7) und der zweite Kontakt (21) elektrische Kontaktflächen zur Verbindung miteinander aufweisen.
16. Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Arm (15) vorzugsweise im Bereich des zweiten Kontakts (21) einen Abschnitt aufweist, der elastisch biegsam ist.
17. Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Führungsteil (23) des Arms (15) zumindest teilweise auf einer Rolle (24) aufrollbar ist und durch eine Stabilisierungseinheit geführt wird, welche dazu eingerichtet ist, den Führungsteil (24) zwischen einer bieg- samen Stellung auf der Seite der Rolle (24) und einer biegesteifen Stellung auf der anderen Seite der Stabilisierungseinheit überzuführen.
18. Ladevorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass zumin- dest das Führungsteil (23) aus biegsamen Metall gefertigt ist.
19. Ladevorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsteil (23) in einer biegsamen Stellung einen im Wesentlichen fla- chen Querschnitt und in einer biegesteifen Stellung einen gebeugten Quer- schnitt aufweist.
20. Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Stabilisierungseinheit den Führungsteil (23) zumindest auf der der Rolle (24) abgewandten Seite in einen gebeugten Querschnitt drückt.
21. Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Arm (15) zumindest teilweise als Schubkette ausgeführt ist.
22. Ladevorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Schubkette zumindest zwei miteinander verbundene Glieder aufweist, wobei ein erstes Glied zumindest eine im Wesentlichen quer zu einer Hauptachse der Schubkette angeordnete erste Verbindungsfläche und ein zweites Glied zumindest eine im Wesentlichen quer zur Hauptachse der Schubkette ange- ordnete zweite Verbindungsfläche aufweist, wobei die erste Verbindungsflä- che und zweite Verbindungsfläche dazu ausgebildet sind, in einer linearen Stellung übereinander angeordnet zu werden und aufeinander aufzuliegen.
23. Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladevorrichtung ein Positionierungssystem zum Ausrich- ten von Arm (15) und Einführeinrichtung (1) zueinander aufweist, und dass das Positioniersystem zumindest einen Laser aufweist.
24. Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kontakt (21) einen pyramidenförmigen Körper (22) aufweist.
25. Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Arm (15) motorisch zumindest entlang einer Hauptachse (B) des Arms (15) bewegbar ist.
26. Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Arm (15) quer zu einer Hauptachse (B) flexibel gelagert ist.
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