WO2021084001A1 - Flexible mounting for a plug head of a device for charging an electric vehicle - Google Patents

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WO2021084001A1
WO2021084001A1 PCT/EP2020/080384 EP2020080384W WO2021084001A1 WO 2021084001 A1 WO2021084001 A1 WO 2021084001A1 EP 2020080384 W EP2020080384 W EP 2020080384W WO 2021084001 A1 WO2021084001 A1 WO 2021084001A1
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robot
vehicle
robot unit
reset
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PCT/EP2020/080384
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Werner JÄGER
Marco Weiss
Bernhard Hoess
Manfred Holzmann
Alexander Ewald
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Hirschmann Automotive Gmbh
Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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Publication date
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    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
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Definitions

  • the invention relates to a device for charging an electric vehicle with a robot unit having a connector head and a vehicle unit arranged on the electric vehicle with a mating connector according to the features of the preamble of claim 1.
  • the present patent application is based on a device and a method for preferably automated charging of an electric vehicle, which is described in DE 10 2018 127 173.
  • the content of this patent application mentioned thus forms the basis for the present patent application, whereby the grip protection described and shown in DE 10 2018 127 173 can be present in the invention shown here, but does not have to be present.
  • the connector head described and shown in the following is part of the stationary robot with a robot unit arranged on it, but partially movable in the direction of the vehicle unit, while the vehicle unit is arranged on an electric vehicle and this ideally always has a defined position to the stationary part of the robot unit for charging takes, but does not have to take.
  • the invention is based on the object of improving the known device with regard to its practical use. This object is achieved by the features of claim 1.
  • the device in particular the robot unit, furthermore comprises a position compensation unit / reset unit, the position compensation unit enabling the connector head of the robot unit to optimally adapt to the mating connector of the vehicle unit in the vehicle in vertical and angular positions.
  • the position compensation unit ensures that the connector head of the robot unit and the mating connector of the vehicle unit in the vehicle can be brought together automatically and in the correct position when the connector head is moved in the direction of the mating connector on the vehicle by means of the robot.
  • the vehicle can never be brought into position so precisely in relation to the robot without the connector head being moved congruently in the direction of the mating connector and being contacted there with little or no effort.
  • the reset unit ensures that after the charging process has taken place and the plug head of the robot unit has been disconnected, it can be brought back into a centered starting position, which is thus defined.
  • the robot unit in particular its connector head, has a first centering means, preferably an outwardly projecting centering cone, this first centering means with a second centering means on the mating connector of the vehicle unit, in particular an inwardly directed one Funnel, which corresponds to the outer contour of the centering cone, interacts.
  • the position compensation unit enables the connector head of the robot unit to optimally adapt to the mating connector of the vehicle unit in the vehicle in terms of vertical position and angular position.
  • this construction the forces required for this can be reduced to a minimum.
  • this construction is insensitive to soiling, which guarantees a long, maintenance-free function. Due to the geometry of the plunger, the insertion force that is required to plug the connector head onto the mating connector in the vehicle can be introduced centrally into the connector head even if the connector head is in an eccentric position. Furthermore, together with the resetting tappet, the plunger enables a forced return of the plug head to the central position. In addition, the connector head is fixed in the central position.
  • a robot unit 1 is shown, which is arranged on a robot, not shown, of the device for charging the electric vehicle.
  • a connection unit 2 is also provided, via which the energy for charging the vehicle is supplied.
  • a plastic housing 3 of the robot unit 1 there are at least one contact ring, preferably several contact rings 4 concentrically.
  • first contact areas 5 and / or second contact areas 6 can be present, but do not have to be.
  • a centering means preferably a centering cone 7, is preferably also present in the longitudinal axis of the plastic housing 3 or is formed by it. This centering means of the robot unit 1 interacts with a correspondingly designed centering means on the mating connector of the vehicle unit, which is not shown.
  • a position compensation unit 8 can partially be seen below the plastic housing 3 of the robot unit 1, which will be discussed below with reference to further figures.
  • FIG. 2 the arrangement of the device for charging the electric vehicle is shown schematically.
  • the position compensation unit 8 is provided below the robot unit 1 already shown and described in FIG.
  • a vehicle unit 8 is shown above the robot unit 1 and interacting with it for the purpose of charging.
  • the robot unit 1 has already been brought closer to the vehicle unit 9 by means of a robot (not shown), but these two units are not yet in overlap. It can be seen that the robot unit 1 still has to be moved both in the vertical direction and in terms of its angular position in relation to the vehicle unit 9 so that these two units are arranged congruently one above the other, so that only then can the plugging process be carried out, so that the Can start charging.
  • the position compensation unit 8 is provided, which has the effect that the robot unit 1, regardless of the current position of the robot, can be moved automatically in relation to the vehicle unit 9 in such a way that the two units 1, 9 overlap.
  • FIG. 4 also shows once again the state that the vehicle unit 9 has not yet been brought congruently with respect to the robot unit 1 by moving the vehicle in the direction of the device for charging the robot.
  • FIG. 5 shows the loading of a connecting cord (will be described later) of the robot unit 1, more precisely its position compensation unit 8, over the time axis.
  • FIG. 7 again shows the device for charging the electric vehicle, whereby it can be seen that the first centering means of the robot unit 1, in particular its centering cone 7, already has the second corresponding centering means, for example a funnel-shaped opening, on the vehicle unit 9 in Has been linked.
  • the insertion force is shown over the path (upward movement of the robot unit 1 in the direction of the vehicle unit 9).
  • the exemplary embodiment of the position compensation unit / reset unit 8 according to the invention is shown.
  • This unit 8 comprises a base plate 10, on which the other elements thereof are arranged.
  • the further elements are a reset tappet 11, a sliding bearing 12, a tappet 13 and a connecting cord 14.
  • the position compensation unit 8 thus has a base plate 10, on which a reset tappet 11 is arranged below and at least slide bearing 12 above, and which furthermore has a tappet 13 movably mounted on it.
  • the essential functional elements of the position compensation unit 8 namely means for balancing the position between the robot unit 1 and the vehicle unit 9 as well as means for transmitting the force when the robot unit 1 is moved in the direction of the vehicle unit 9 by means of the router, and the means for centering of the robot unit 1 after the loading process has taken place and the unplugging, characterized.
  • the reset tappet 11 has at least one preloaded guide rod 16 arranged on a base plate 15.
  • the resetting tappet 11 has three guide rods 16 which are arranged at an angle of 120 degrees to one another, based on the central longitudinal axis of the resetting tappet 11.
  • This pre-tensioned reset tappet 11 makes it possible for the robot unit 1, more precisely its connector head, to be brought back into a defined position, in particular a central position.
  • the presence of three guide rods has the advantage of evenly distributing the force.
  • a spring 17 is arranged between the base plate 10 and the base plate 15.
  • a spring could also be arranged around one of the at least one guide rod 16 or ideally around all guide rods 16.
  • the upper end of the reset plunger forms a support area, preferably in the form of a funnel 18. This support area can also be formed by the upper ends of the three guide rods 16.
  • the slide bearing 12 has at least one pretensioned guide rod 19, which is arranged with its one end movably guided in the base plate 10.
  • the preload is brought about by means of a spring 20.
  • the guide rod 19 has a sliding plate 21 facing the robot unit 1. This sliding plate is either the front end of the guide rod 19 or it is a separate component, preferably larger in diameter than the guide rod 19 itself, which is arranged at the upper end of the guide rod 19.
  • the plunger 13 is designed as a rod 22, an upper funnel 23 being present at the end of the rod 22 facing the robot unit 1 and a middle funnel 24 approximately in the middle of the rod 22.
  • a connecting cord 14 runs through the rod 22, one end of which is firmly connected to the robot unit 1 and the other end of which is releasably supported on the base plate 10.
  • a retaining ring (25) is arranged at each of the two ends of the connecting cord 14.
  • the guide rods 16, 19 are each pretensioned with a spring 17, 20.
  • the mode of operation of the position compensation unit / resetting unit 8 shown in FIG. 8 is described in more detail below with reference to FIGS. 9 to 11.
  • FIG. 9 shows that the position compensation unit 8 is in a centered position (so-called park position) on the robot unit 1.
  • the spring-mounted slide bearings 12 are preloaded, but unloaded or only slightly preloaded, ie that the springs 20 are under a certain preload but are not yet compressed.
  • the at least one spring 17 of the reset tappet 11 is compressed. This is achieved in that a robot arm 26 rests on or forms a support or a stop 27.
  • FIG. 10 it is shown that the robot unit 1 is ready for the plugging process.
  • the robot unit 1 is moved into the vicinity of the vehicle unit 9 so that, for example, a state is generated as shown in FIG. 2.
  • an optimal plugging process is not yet possible, so that on the one hand the robot unit 1 is moved by means of the robot arm 26 via an upward movement 28 in the direction of the vehicle unit 9 and is thus brought closer.
  • the robot unit 1 can dip into the corresponding centering funnel of the vehicle unit 9 via the centering cone 7, so that these two units are centered with respect to one another.
  • this centering process is not blocked by the current position of the robot arm 26, since it is possible that the robot unit 1 can slide over the surface of the front ends of the guide rod 19 or its slide plates 21.
  • An angular offset is also compensated, since it is namely possible that the lower surface of the robot unit 1 can lift off the front end of the at least one guide rod 19 or its slide plate 21.
  • the robot unit 21, in particular its connector head is not yet immersed so deeply into the mating connector of the vehicle unit 9 that its contact partners could touch. Only when the centering process has taken place by means of the position compensation unit 8 according to the invention can the the actual plugging process can be continued and the loading position can be reached.
  • Vehicle unit 9 immersed that their contact partners electrically connect to each other and the charging process can begin.
  • the upward movement 28 of the robot unit 1 by the robot arm 26 in the direction of the vehicle unit 9 is continued until the connector head of the robot unit 1 is immersed in the mating connector. This force during the upward movement is determined by means of the
  • the connecting cord 14 is necessary so that the centering can take place, since this enables the rod 22 to oscillate around the upper contact point, in particular in the area of the flalter ring 25. So that the rod 22 can also be released when the robot arm 26, as shown in Figure 11, causes the upward movement 28, a further retaining ring 25 is arranged at the lower end of the connecting cord 14, which, however, is not fixed to the base plate 15, but releasably supported there.

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  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

The invention relates to a device for charging an electric vehicle, comprising a robot unit (1) which has a plug head and comprising a vehicle unit which is arranged on the electric vehicle and comprises a mating plug. The invention is characterized in that the device, in particular the robot unit (1), additionally comprises a position adjusting unit/restoring unit (8), wherein the position adjusting unit (8) allows the plug head of the robot unit (1) to adapt to the mating plug of the vehicle unit in the vehicle in terms of vertical position and angular position.

Description

Flexible Lagerung eines Steckerkopfes einer Vorrichtung zum Laden eines Elektrofahrzeuges Beschreibung Flexible mounting of a plug head of a device for charging an electric vehicle Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Laden eines Elektrofahrzeuges mit einer einen Steckerkopf aufweisenden Robotereinheit und einer an dem Elektrofahrzeug angeordneten Fahrzeugeinheit mit einem Gegenstecker gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1. The invention relates to a device for charging an electric vehicle with a robot unit having a connector head and a vehicle unit arranged on the electric vehicle with a mating connector according to the features of the preamble of claim 1.
Die vorliegende Patentanmeldung basiert auf einer Vorrichtung und einem Verfahren zum vorzugsweise automatisierten Laden eines Elektrofahrzeuges, welches in der DE 10 2018 127 173 beschrieben ist. Der Inhalt dieser genannten Patentanmeldung bildet somit die Basis für die vorliegende Patentanmeldung, wobei der in DE 10 2018 127 173 beschriebene und gezeigte Greifschutz bei der hier dargestellten Erfindung vorhanden sein kann, aber nicht vorhanden sein muss. The present patent application is based on a device and a method for preferably automated charging of an electric vehicle, which is described in DE 10 2018 127 173. The content of this patent application mentioned thus forms the basis for the present patent application, whereby the grip protection described and shown in DE 10 2018 127 173 can be present in the invention shown here, but does not have to be present.
Der im Folgenden beschriebene und dargestellte Steckerkopf ist Bestandteil des ortsfest angeordneten Roboters mit einer daran angeordneten, aber teilweise in Richtung der Fahrzeugeinheit bewegbaren Robotereinheit, während die Fahrzeugeinheit an einem Elektrofahrzeug angeordnet ist und dieses zum Laden idealerweise immer eine definierte Position zu dem ortsfesten Teil der Robotereinheit einnimmt, aber nicht einnehmen muss. The connector head described and shown in the following is part of the stationary robot with a robot unit arranged on it, but partially movable in the direction of the vehicle unit, while the vehicle unit is arranged on an electric vehicle and this ideally always has a defined position to the stationary part of the robot unit for charging takes, but does not have to take.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Vorrichtung hinsichtlich ihres Praxiseinsatzes zu verbessern. Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. The invention is based on the object of improving the known device with regard to its practical use. This object is achieved by the features of claim 1.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Vorrichtung, insbesondere die Robotereinheit, weiterhin eine Positionsausgleichseinheit/Rückstelleinheit umfasst, wobei die Positionsausgleichseinheit es dem Steckerkopf der Robotereinheit ermöglicht, sich in vertikaler Lage und Winkelposition dem Gegenstecker der Fahrzeugeinheit im Fahrzeug optimal anzupassen. Mittels der Positionsausgleichseinheit wird in der Praxis sichergestellt, dass der Steckerkopf der Robotereinheit und der Gegenstecker der Fahrzeugeinheit im Fahrzeug selbsttätig und lagerichtig zusammengebracht werden können, wenn mittels des Roboters der Steckerkopf in Richtung des Gegensteckers an dem Fahrzeug bewegt wird. In der Praxis hat es sich herausgestellt, dass das Fahrzeug niemals so exakt in Position in Bezug auf den Roboter gebracht werden kann, ohne dass mit keinem oder geringem Aufwand der Steckerkopf deckungsgleich in Richtung des Gegensteckers bewegt und dort kontaktiert werden kann. Es wäre ein sehr großer Aufwand an Sensorik, insbesondere zur Positionserfassung des Fahrzeuges in Bezug auf den Roboter und auch danach das anschließende Flinbewegen des Steckerkopfes der Robotereinheit mittels des Roboters zu dem Fahrzeug, erforderlich, um den Steckerkopf und den Gegenstecker deckungsgleich zum Ineinanderstecken zusammen zu bewegen. Mittels der erfindungsgemäßen Positionsausgleichseinheit wird diese Problematik dadurch überwunden, dass mittels des Roboters die Robotereinheit, insbesondere dessen Steckerkopf, nur in die Nähe des Gegensteckers an der Fahrzeugeinheit im Fahrzeug gebracht werden muss und sich diese Bauteile selber zueinander zentrieren, sodass sie danach deckungsgleich zwecks eines optimalen Steckvorganges zusammengebracht worden sind. Ist diese Deckungsgleichheit hergestellt, kann mittels des Roboters der Steckvorgang und damit der anschließende Ladevorgang erfolgen. Mittels der Rückstelleinheit wird gewährleistet, dass nach dem erfolgten Ladevorgang und dem Auseinanderstecken der Steckerkopf der Robotereinheit wieder in eine zentrierte Ausgangsposition, die somit definiert ist, gebracht werden kann. Für die Vorzentrierung und damit der Beginn der Arbeitsweise der Positionsausgleichseinheit weist Robotereinheit, insbesondere dessen Steckerkopf, ein erstes Zentriermittel, vorzugsweise ein nach außen abstehender Zentrierkegel, auf, wobei dieses erste Zentriermittel mit einem zweiten Zentriermittel an dem Gegenstecker der Fahrzeugeinheit, insbesondere einem nach innen gerichtete Trichter, der der äußeren Kontur des Zentrierkegels entspricht, zusammenwirkt. According to the invention, it is provided that the device, in particular the robot unit, furthermore comprises a position compensation unit / reset unit, the position compensation unit enabling the connector head of the robot unit to optimally adapt to the mating connector of the vehicle unit in the vehicle in vertical and angular positions. In practice, the position compensation unit ensures that the connector head of the robot unit and the mating connector of the vehicle unit in the vehicle can be brought together automatically and in the correct position when the connector head is moved in the direction of the mating connector on the vehicle by means of the robot. In practice it has been found that the vehicle can never be brought into position so precisely in relation to the robot without the connector head being moved congruently in the direction of the mating connector and being contacted there with little or no effort. A great deal of effort would be required in terms of sensors, in particular for detecting the position of the vehicle in relation to the robot and then subsequently moving the connector head of the robot unit to the vehicle by means of the robot, in order to move the connector head and the mating connector congruently together for plugging into one another . By means of the position compensation unit according to the invention, this problem is overcome in that, by means of the robot, the robot unit, in particular its connector head, only has to be brought into the vicinity of the mating connector on the vehicle unit in the vehicle and these components center themselves with one another so that they are then congruent for the purpose of optimal Plugging process have been brought together. Is this Established congruence, the plugging process and thus the subsequent charging process can be carried out by means of the robot. The reset unit ensures that after the charging process has taken place and the plug head of the robot unit has been disconnected, it can be brought back into a centered starting position, which is thus defined. For pre-centering and thus the beginning of the operation of the position compensation unit, the robot unit, in particular its connector head, has a first centering means, preferably an outwardly projecting centering cone, this first centering means with a second centering means on the mating connector of the vehicle unit, in particular an inwardly directed one Funnel, which corresponds to the outer contour of the centering cone, interacts.
Die Positionsausgleichseinheit ermöglicht es dem Steckerkopf der Robotereinheit, sich in vertikaler Lage und Winkelposition dem Gegenstecker der Fahrzeugeinheit im Fahrzeug optimal anzupassen. Durch diese Konstruktion können die dafür nötigen Kräfte auf ein Minimum reduziert werden. Zudem ist diese Konstruktion verschmutzungsunempfindlich, wodurch eine lange wartungsfreie Funktion gewährleistet ist. Durch die Geometrie des Stößels kann die Steckkraft, die erforderlich ist, um den Steckerkopf auf den Gegenstecker im Fahrzeug zu stecken, auch bei exzentrischer Lage des Steckerkopfes mittig in den Steckerkopf eingeleitet werden. Des Weiteren ermöglicht der Stößel gemeinsam mit dem Rückstellstößel eine zwangsgeführte Rückstellung des Steckerkopfes auf die Zentralposition. Zudem wird der Steckerkopf in der Zentralposition fixiert. The position compensation unit enables the connector head of the robot unit to optimally adapt to the mating connector of the vehicle unit in the vehicle in terms of vertical position and angular position. With this construction, the forces required for this can be reduced to a minimum. In addition, this construction is insensitive to soiling, which guarantees a long, maintenance-free function. Due to the geometry of the plunger, the insertion force that is required to plug the connector head onto the mating connector in the vehicle can be introduced centrally into the connector head even if the connector head is in an eccentric position. Furthermore, together with the resetting tappet, the plunger enables a forced return of the plug head to the central position. In addition, the connector head is fixed in the central position.
Alternative: Steckerkopf wie beschrieben an der Fahrzeugeinheit, Gegenstecker an der Robotereinheit. Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles im Folgenden näher beschrieben und dabei auch auf diese Ausgestaltungen und die sich daraus ergebenden Vorteile der Unteransprüche eingegangen. Die in den Figuren gemachten konkreten Größenangaben sind beispielhaft und können je nach geometrischer Ausgestaltung sowie je nach Bauraum variieren. Alternative: connector head as described on the vehicle unit, mating connector on the robot unit. The invention is described in more detail below with the aid of an exemplary embodiment and these configurations and the advantages of the subclaims resulting therefrom are also discussed. The specific size specifications made in the figures are exemplary and can vary depending on the geometric design and the installation space.
In der Figur 1 ist eine Robotereinheit 1 dargestellt, die an einem nicht dargestellten Roboter der Vorrichtung zum Laden des Elektrofahrzeuges angeordnet ist. Weiterhin ist eine Anschlusseinheit 2 vorgesehen, über die die Energie zum Laden des Fahrzeuges zugeführt wird. In einem Kunststoffgehäuse 3 der Robotereinheit 1 sind mindestens ein Kontaktring, vorzugsweise mehrere Kontaktringe 4 konzentrisch, vorhanden. Weiterhin können erste Kontaktebereiche 5 und/oder zweite Kontaktbereiche 6 vorhanden sein, müssen es aber nicht. Vorzugsweise in der Längsachse des Kunststoffgehäuses 3 ist zusätzlich oder von diesem gebildet ein Zentriermittel, vorzugsweise ein Zentrierkegel 7, vorhanden. Dieses Zentriermittel der Robotereinheit 1 wirkt mit einem korrespondierend ausgebildeten Zentriermittel an dem Gegenstecker der Fahrzeugeinheit, der nicht dargestellt ist, zusammen. Bei Betrachtung der Figur 1 ist unterhalb des Kunststoffgehäuses 3 der Robotereinheit 1 teilweise eine Positionsausgleichseinheit 8 erkennbar, auf die im Folgenden unter Bezugnahme auf weitere Figuren noch eingegangen wird. In the figure 1, a robot unit 1 is shown, which is arranged on a robot, not shown, of the device for charging the electric vehicle. A connection unit 2 is also provided, via which the energy for charging the vehicle is supplied. In a plastic housing 3 of the robot unit 1 there are at least one contact ring, preferably several contact rings 4 concentrically. Furthermore, first contact areas 5 and / or second contact areas 6 can be present, but do not have to be. A centering means, preferably a centering cone 7, is preferably also present in the longitudinal axis of the plastic housing 3 or is formed by it. This centering means of the robot unit 1 interacts with a correspondingly designed centering means on the mating connector of the vehicle unit, which is not shown. When looking at FIG. 1, a position compensation unit 8 can partially be seen below the plastic housing 3 of the robot unit 1, which will be discussed below with reference to further figures.
In Figur 2 ist schematisch die Anordnung der Vorrichtung zum Laden des Elektrofahrzeuges gezeigt. Unterhalb der schon in Figur 1 gezeigten und beschriebenen Robotereinheit 1 ist die Positionsausgleichseinheit 8 vorhanden. Oberhalb der Robotereinheit 1 und mit dieser zwecks Ladevorgang zusammenwirkend ist eine Fahrzeugeinheit 8 dargestellt. In Figure 2, the arrangement of the device for charging the electric vehicle is shown schematically. The position compensation unit 8 is provided below the robot unit 1 already shown and described in FIG. A vehicle unit 8 is shown above the robot unit 1 and interacting with it for the purpose of charging.
Sowohl in Figur 2 als auch in der Figur 3 ist mittels eines nicht dargestellten Roboters die Robotereinheit 1 der Fahrzeugeinheit 9 schon angenähert worden, wobei sich diese beiden Einheiten jedoch noch nicht in Überdeckung befinden. Es ist erkennbar, dass die Robotereinheit 1 sowohl in vertikaler Richtung als auch hinsichtlich ihrer Winkellage in Bezug auf die Fahrzeugeinheit 9 noch bewegt werden muss, damit diese beiden Einheiten deckungsgleich übereinander angeordnet sind, sodass erst danach der Zusammensteckvorgang ausgeführt werden kann, damit wiederum danach der Ladevorgang starten kann. Zu diesem Zweck ist die Positionsausgleichseinheit 8 vorhanden, die bewirkt, dass die Robotereinheit 1 , unabhängig von der aktuellen Position des Roboters, in Bezug auf die Fahrzeugeinheit 9 derart selbsttätig bewegt werden kann, damit die beiden Einheiten 1 , 9 in Überdeckung gelangen. Both in FIG. 2 and in FIG. 3, the robot unit 1 has already been brought closer to the vehicle unit 9 by means of a robot (not shown), but these two units are not yet in overlap. It can be seen that the robot unit 1 still has to be moved both in the vertical direction and in terms of its angular position in relation to the vehicle unit 9 so that these two units are arranged congruently one above the other, so that only then can the plugging process be carried out, so that the Can start charging. For this purpose, the position compensation unit 8 is provided, which has the effect that the robot unit 1, regardless of the current position of the robot, can be moved automatically in relation to the vehicle unit 9 in such a way that the two units 1, 9 overlap.
Auch in Figur 4 ist noch einmal der Zustand dargestellt, dass die Fahrzeugeinheit 9 durch Bewegen des Fahrzeuges in Richtung der Vorrichtung zum Laden des Roboters noch nicht deckungsgleich in Bezug auf die Robotereinheit 1 gebracht worden ist. Figur 5 zeigt die Belastung einer Verbindungsschnur (wird noch beschrieben) der Robotereinheit 1 , genauer dessen Positionsausgleichseinheit 8, über die Zeitachse. FIG. 4 also shows once again the state that the vehicle unit 9 has not yet been brought congruently with respect to the robot unit 1 by moving the vehicle in the direction of the device for charging the robot. FIG. 5 shows the loading of a connecting cord (will be described later) of the robot unit 1, more precisely its position compensation unit 8, over the time axis.
In Figur 5 ist über die Zeitachse die Steckkraft aufgetragen, die erforderlich ist, nach erfolgter Zentrierung und Herstellung der Deckungsgleichheit zwischen Robotereinheit 1 und Fahrzeugeinheit 9 diese beiden Einheiten ineinander zu stecken, damit derenIn Figure 5, the insertion force is plotted over the time axis, which is required after centering and establishment of congruence between robot unit 1 and vehicle unit 9 these two units into each other so that their
Kontaktpartner elektrisch miteinander kontaktiert werden, um den Ladevorgang zu starten. Figur 7 zeigt in der linken Darstellung nochmals die Vorrichtung zum Laden des Elektrofahrzeuges, wobei erkennbar ist, dass das erste Zentriermittel der Robotereinheit 1 , insbesondere dessen Zentrierkegel 7, schon mit dem zweiten korrespondierenden Zentriermittel, zum Beispiel eine trichterförmige Öffnung, an der Fahrzeugeinheit 9 in Verbindung gebracht worden ist. In der rechten Darstellung der Figur 7 ist die Steckkraft über den Weg (Aufwärtsbewegung der Robotereinheit 1 in Richtung der Fahrzeugeinheit 9) dargestellt. In Figur 8 ist die beispielhafte Ausführung der erfindungsgemäßen Positionsausgleichseinheit/Rückstelleinheit 8 dargestellt. Diese Einheit 8 umfasst eine Basisplatte 10, an der deren weiteren Elemente angeordnet sind. Bei den weiteren Elementen handelt es sich um einen Rückstellstößel 11 , ein Gleitlager 12, einen Stößel 13 sowie eine Verbindungsschnur 14. Diese weiteren Elemente werden im Folgenden hinsichtlich ihrer Ausgestaltung und Funktionsweise näher erläutert. Contact partners are electrically contacted with each other to start the charging process. In the illustration on the left, FIG. 7 again shows the device for charging the electric vehicle, whereby it can be seen that the first centering means of the robot unit 1, in particular its centering cone 7, already has the second corresponding centering means, for example a funnel-shaped opening, on the vehicle unit 9 in Has been linked. In the right-hand illustration of FIG. 7, the insertion force is shown over the path (upward movement of the robot unit 1 in the direction of the vehicle unit 9). In Figure 8, the exemplary embodiment of the position compensation unit / reset unit 8 according to the invention is shown. This unit 8 comprises a base plate 10, on which the other elements thereof are arranged. The further elements are a reset tappet 11, a sliding bearing 12, a tappet 13 and a connecting cord 14. These further elements are explained in more detail below with regard to their design and mode of operation.
Die Positionsausgleichseinheit 8 weist somit eine Basisplatte 10 auf, an der unterhalb ein Rückstellstößel 11 und oberhalb zumindest Gleitlager 12 angeordnet ist, und die weiterhin einen an ihr bewegbar gelagerten Stößel 13 aufweist. Dadurch sind die wesentlichen Funktionselemente der Positionsausgleichseinheit 8, nämlich Mittel zum Ausgleichen der Position zwischen der Robotereinheit 1 und der Fahrzeugeinheit 9 sowie Mittel zur Übertragung der Kraft, wenn mittels des Routers die Robotereinheit 1 in Richtung der Fahrzeugeinheit 9 bewegt wird, und die Mittel zur Zentrierung der Robotereinheit 1 nach dem erfolgten Ladevorgang und dem auseinanderstecken, charakterisiert. Der Rückstellstößel 11 weist an einer Grundplatte 15 angeordnet zumindest eine vorgespannte Führungsstange 16 auf. In besonderer Ausgestaltung weist der Rückstellstößel 11 drei Führungsstangen 16 aufweist, die in einem Winkel von 120 Grad zueinander, bezogen auf die Mittenlängsachse des Rückstellstößels 11 , angeordnet sind. Durch diesen vorgespannten Rückstellstößel 11 ist es möglich, dass die Robotereinheit 1 , genauer deren Steckerkopf, wieder in eine definierte Position, insbesondere eine zentrale Lage, gebracht werden kann. Das Vorhandensein von drei Führungsstangen hat den Vorteil der gleichmäßigen Kraftverteilung. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist zwischen der Basisplatte 10 und der Grundplatte 15 eine Feder 17 angeordnet. Alternativ oder ergänzend dazu könnte auch um eine der zumindest einen Führungsstange 16 oder idealerweise um alle Führungsstangen 16 herum eine Feder angeordnet sein. Das obere Ende des Rückstellstößels bildet einen Abstützbereich, vorzugsweise in Form eines Trichters 18, aus. Dieser Abstützbereich kann auch durch die oberen Enden der drei Führungsstangen 16 gebildet sein. The position compensation unit 8 thus has a base plate 10, on which a reset tappet 11 is arranged below and at least slide bearing 12 above, and which furthermore has a tappet 13 movably mounted on it. As a result, the essential functional elements of the position compensation unit 8, namely means for balancing the position between the robot unit 1 and the vehicle unit 9 as well as means for transmitting the force when the robot unit 1 is moved in the direction of the vehicle unit 9 by means of the router, and the means for centering of the robot unit 1 after the loading process has taken place and the unplugging, characterized. The reset tappet 11 has at least one preloaded guide rod 16 arranged on a base plate 15. In a particular embodiment, the resetting tappet 11 has three guide rods 16 which are arranged at an angle of 120 degrees to one another, based on the central longitudinal axis of the resetting tappet 11. This pre-tensioned reset tappet 11 makes it possible for the robot unit 1, more precisely its connector head, to be brought back into a defined position, in particular a central position. The presence of three guide rods has the advantage of evenly distributing the force. In this exemplary embodiment, a spring 17 is arranged between the base plate 10 and the base plate 15. As an alternative or in addition to this, a spring could also be arranged around one of the at least one guide rod 16 or ideally around all guide rods 16. The upper end of the reset plunger forms a support area, preferably in the form of a funnel 18. This support area can also be formed by the upper ends of the three guide rods 16.
Das Gleitlager 12 weist zumindest eine vorgespannte Führungsstange 19 auf, die mit ihrem einen Ende bewegbar in der Basisplatte 10 geführt angeordnet ist. Die Vorspannung wird mittels einer Feder 20 bewirkt. An ihrem anderen Ende weist die Führungsstange 19 eine der Robotereinheit 1 zugewandte Gleitplatte 21 auf. Diese Gleitplatte ist entweder das stirnseitige Ende der Führungsstange 19 oder es ist ein separates Bauteil, vorzugsweise Durchmesser-größer als die Führungsstange 19 selber, welches an dem oberen Ende der Führungsstange 19 angeordnet wird. The slide bearing 12 has at least one pretensioned guide rod 19, which is arranged with its one end movably guided in the base plate 10. The preload is brought about by means of a spring 20. At its other end, the guide rod 19 has a sliding plate 21 facing the robot unit 1. This sliding plate is either the front end of the guide rod 19 or it is a separate component, preferably larger in diameter than the guide rod 19 itself, which is arranged at the upper end of the guide rod 19.
Der Stößel 13 ist als Stange 22 ausgebildet, wobei an dem der Robotereinheit 1 zugewandten Ende der Stange 22 ein oberer Trichter 23 und etwa in der Mitte der Stange 22 ein mittlerer Trichter 24 vorhanden ist. Durch die Stange 22 verläuft eine Verbindungsschnur 14, die mit ihrem einen Ende mit der Robotereinheit 1 fest verbunden ist und sich mit ihrem anderen Ende lösbar an der Basisplatte 10 abstützt. Bei dieser Ausführung ist vorgesehen, dass an den beiden Enden der Verbindungsschnur 14 jeweils ein Haltering (25) angeordnet ist. The plunger 13 is designed as a rod 22, an upper funnel 23 being present at the end of the rod 22 facing the robot unit 1 and a middle funnel 24 approximately in the middle of the rod 22. A connecting cord 14 runs through the rod 22, one end of which is firmly connected to the robot unit 1 and the other end of which is releasably supported on the base plate 10. In this embodiment it is provided that a retaining ring (25) is arranged at each of the two ends of the connecting cord 14.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Führungsstangen 16, 19 jeweils mit einer Feder 17, 20 vorgespannt sind. Die Wirkungsweise der in Figur 8 dargestellten Positionsausgleichseinheit/Rückstelleinheit 8 wird im Folgenden anhand der Figuren 9 bis 11 näher beschrieben. In this exemplary embodiment, it is preferably provided that the guide rods 16, 19 are each pretensioned with a spring 17, 20. The mode of operation of the position compensation unit / resetting unit 8 shown in FIG. 8 is described in more detail below with reference to FIGS. 9 to 11.
In Figur 9 ist dargestellt, dass die Positionsausgleichseinheit 8 sich in einer zentrierten Position (sogenannte Parkposition) an der Robotereinheit 1 befindet. Das bedeutet, dass die Längsachse der Positionsausgleichseinheit 8 durch die Längsachse der Robotereinheit 1 verläuft. Dies wird dadurch deutlich, dass die Verbindungsschnur 14, wenn sie nach oben verlängert verlaufen würde, durch die Spitze des Zentrierkegels 7 verläuft. In dieser Stellung der Positionsausgleichseinheit 8 ist erkennbar, dass die federnd gelagerten Gleitlager 12 zwar vorgespannt, aber unbelastet oder nur gering vorgespannt, sind, d. h., dass die Federn 20 unter einer gewissen Vorspannung stehen, aber noch nicht zusammengedrückt sind. Im Gegensatz dazu ist die zumindest eine Feder 17 des Rückstellstößels 11 zusammengedrückt. Dies wird dadurch bewirkt, dass ein Roboterarm 26 auf einer Auflage oder an einem Anschlag 27 anliegt oder diesen bildet. Bevor diese in Figur 9 gezeigte Parkposition erreicht wurde, hat der Rückstellstößel 11 nach der Trennung der Robotereinheit 1 von der Fahrzeugeinheit 9 bewirkt, dass die Längsachsen sowohl der Robotereinheit 1 als auch des Rückstellstößels 11 wieder ineinander liegen, sodass dadurch eine Zentrierung bewirkt wird. In dieser Parkposition ist die Fahrzeugeinheit 9 deshalb nicht dargestellt, da die Vorrichtung zum Laden des Elektrofahrzeuges mittels des Roboters zum Laden und zum Heranfahren des Fahrzeuges bereit ist. FIG. 9 shows that the position compensation unit 8 is in a centered position (so-called park position) on the robot unit 1. This means that the longitudinal axis of the position compensation unit 8 runs through the longitudinal axis of the robot unit 1. This is clear from the fact that the connecting cord 14, if it were to extend upwards, runs through the tip of the centering cone 7. In this position of the position compensation unit 8 it can be seen that the spring-mounted slide bearings 12 are preloaded, but unloaded or only slightly preloaded, ie that the springs 20 are under a certain preload but are not yet compressed. In contrast to this, the at least one spring 17 of the reset tappet 11 is compressed. This is achieved in that a robot arm 26 rests on or forms a support or a stop 27. Before this parking position shown in FIG. 9 was reached, after the separation of the robot unit 1 from the vehicle unit 9, the reset plunger 11 caused the longitudinal axes of both the robot unit 1 and the Reset plunger 11 lie one inside the other again, so that a centering is effected thereby. The vehicle unit 9 is not shown in this parking position because the device for charging the electric vehicle by means of the robot is ready for charging and for approaching the vehicle.
In Figur 10 ist gezeigt, dass die Robotereinheit 1 für den Steckvorgang bereit ist. Das bedeutet, dass das Fahrzeug zum Laden herangefahren worden ist und dabei die Fahrzeugeinheit 9 in die Nähe der Robotereinheit 1 gebracht worden ist. Mittels des Roboterarmes 26 wird dabei die Robotereinheit 1 in die Nähe der Fahrzeugeinheit 9 bewegt, sodass beispielsweise ein Zustand erzeugt wird, wie er in Figur 2 dargestellt ist. In diesem Zustand ist ein optimaler Steckvorgang jedoch noch nicht möglich, sodass zum einen mittels des Roboterarmes 26 die Robotereinheit 1 über eine Aufwärtsbewegung 28 in Richtung der Fahrzeugeinheit 9 bewegt und damit angenähert wird. Über den Zentrierkegel 7 kann die Robotereinheit 1 in den korrespondierenden Zentriertrichter der Fahrzeugeinheit 9 eintauchen, sodass diese beiden Einheiten zueinander zentriert werden. Dieser Zentriervorgang wird jedoch nicht durch die augenblickliche Position des Roboterarmes 26 blockiert, da es möglich ist, dass die Robotereinheit 1 über die Oberfläche der stirnseitigen Enden der Führungsstange 19 bzw. deren Gleitplatten 21 entlang gleiten kann. Auch ein Winkelversatz wird ausgeglichen, da es nämlich möglich ist, dass die untere Oberfläche der Robotereinheit 1 von dem stirnseitigen Ende der zumindest einen Führungsstange 19 bzw. deren Gleitplatte 21 abheben kann. Bei diesem Zentriervorgang ist die Robotereinheit 21 , insbesondere deren Steckerkopf, noch nicht so tief in den Gegenstecker der Fahrzeugeinheit 9 eingetaucht, als dass sich deren Kontaktpartner berühren könnten. Erst wenn der Zentriervorgang mittels der erfindungsgemäßen Positionsausgleichseinheit 8 stattgefunden hat, kann der eigentliche Steckvorgang weiter fortgesetzt werden und die Ladeposition erreicht werden. In Figure 10 it is shown that the robot unit 1 is ready for the plugging process. This means that the vehicle has been driven up for charging and the vehicle unit 9 has been brought into the vicinity of the robot unit 1. By means of the robot arm 26, the robot unit 1 is moved into the vicinity of the vehicle unit 9 so that, for example, a state is generated as shown in FIG. 2. In this state, however, an optimal plugging process is not yet possible, so that on the one hand the robot unit 1 is moved by means of the robot arm 26 via an upward movement 28 in the direction of the vehicle unit 9 and is thus brought closer. The robot unit 1 can dip into the corresponding centering funnel of the vehicle unit 9 via the centering cone 7, so that these two units are centered with respect to one another. However, this centering process is not blocked by the current position of the robot arm 26, since it is possible that the robot unit 1 can slide over the surface of the front ends of the guide rod 19 or its slide plates 21. An angular offset is also compensated, since it is namely possible that the lower surface of the robot unit 1 can lift off the front end of the at least one guide rod 19 or its slide plate 21. During this centering process, the robot unit 21, in particular its connector head, is not yet immersed so deeply into the mating connector of the vehicle unit 9 that its contact partners could touch. Only when the centering process has taken place by means of the position compensation unit 8 according to the invention can the the actual plugging process can be continued and the loading position can be reached.
Diese Ladeposition ist in Figur 11 gezeigt. Dabei ist dann die Robotereinheit 11 nach erfolgter Zentrierung so tief in den nicht dargestellten Gegenstecker derThis loading position is shown in FIG. In this case, the robot unit 11 is so deep into the mating connector, not shown, after centering has taken place
Fahrzeugeinheit 9 eingetaucht, dass sich deren Kontaktpartner elektrisch miteinander verbinden und der Ladevorgang beginnen kann. Die Aufwärtsbewegung 28 der Robotereinheit 1 durch den Roboterarm 26 in Richtung der Fahrzeugeinheit 9 wird solange fortgesetzt, bis der Steckerkopf der Robotereinheit 1 in den Gegenstecker eingetaucht ist. Diese Kraft bei der Aufwärtsbewegung wird mittels desVehicle unit 9 immersed that their contact partners electrically connect to each other and the charging process can begin. The upward movement 28 of the robot unit 1 by the robot arm 26 in the direction of the vehicle unit 9 is continued until the connector head of the robot unit 1 is immersed in the mating connector. This force during the upward movement is determined by means of the
Rückstellstößels 11 durch den Roboterarm 26 aufgebracht, wobei die zumindest eine Feder 17 des Rückstellstößels 11 dabei entlastet ist, beidseitig die zumindest eine Feder 20 des Gleitlagers 12 zusammengedrückt wird, sodass dadurch auch die Positionsausgleichseinheit 8 zentriert unter der Robotereinheit 1 anliegt und die Kraft des Roboterarmes 26 optimal über den Rückstellstößel 11 , genauer dessen Stange 22, übertragen wird. Reset plunger 11 applied by the robot arm 26, the at least one spring 17 of the reset plunger 11 being relieved, the at least one spring 20 of the sliding bearing 12 is compressed on both sides, so that the position compensation unit 8 is also centered under the robot unit 1 and the force of the robot arm 26 is optimally transmitted via the reset tappet 11, more precisely its rod 22.
Damit die Zentrierung stattfinden kann, ist die Verbindungsschnur 14 erforderlich, da diese es ermöglicht, dass die Stange 22 um den oberen Anlagepunkt, insbesondere im Bereich des Flalteringes 25, herum pendeln kann. Damit die Stange 22 auch freigegeben werden kann, wenn der Roboterarm 26, wie in Figur 11 dargestellt, die Aufwärtsbewegung 28 bewirkt, ist am unteren Ende der Verbindungsschnur 14 ein weiterer Haltering 25 angeordnet, der jedoch nicht fest an der Grundplatte 15 angeordnet ist, sondern sich dort lösbar abstützt. Bezugszeichenliste The connecting cord 14 is necessary so that the centering can take place, since this enables the rod 22 to oscillate around the upper contact point, in particular in the area of the flalter ring 25. So that the rod 22 can also be released when the robot arm 26, as shown in Figure 11, causes the upward movement 28, a further retaining ring 25 is arranged at the lower end of the connecting cord 14, which, however, is not fixed to the base plate 15, but releasably supported there. List of reference symbols
1. Robotereinheit 1. Robot unit
2. Anschlusseinheit 2. Connection unit
3. Kunststoffgehäuse 3. Plastic housing
4. Kontaktringe 4. Contact rings
5. Erster Kontaktbereich5. First contact area
6. Zweiter Kontaktbereich6. Second contact area
7. Zentrierkegel 7. Centering cone
8. Positionsausgleicheinheit8. Position compensation unit
9. Fahrzeugeinheit 9. Vehicle unit
10. Basisplatte 10. Base plate
11. Rückstellstößel 11. Reset tappet
12. Gleitlager 12. Plain bearings
13. Stößel 13. Plunger
14. Verbindungsschnur 14. Connecting cord
15. Grundplatte 15. Base plate
16. Führungsstange 16. Guide rod
17. Feder 17th spring
18. Trichter 18. Funnel
19. Führungsstange 19. Guide rod
20. Feder 20. Spring
21. Gleitplatte 21. Slide plate
22. Stange 22. Pole
23. Oberer Trichter 23. Upper funnel
24. Mittlerer Trichter 24. Middle funnel
25. Haltering 25. Retaining ring
26. Roboterarm 26. Robotic arm
27. Anschlag (am Roboter)27.Stop (on the robot)
28. Aufwärtsbewegung 28. Upward movement

Claims

Patentansprüche Claims
1. Vorrichtung zum Laden eines Elektrofahrzeuges mit einer einen Steckerkopf aufweisenden Robotereinheit (1) und einer an dem Elektrofahrzeug angeordneten Fahrzeugeinheit mit einem Gegenstecker, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung, insbesondere die Robotereinheit (1), weiterhin eine Positionsausgleichseinheit/Rückstelleinheit (8) umfasst, wobei die Positionsausgleichseinheit (8) es dem Steckerkopf der Robotereinheit (1) ermöglicht, sich in vertikaler Lage und Winkelposition dem Gegenstecker der Fahrzeugeinheit im Fahrzeug optimal anzupassen. 1. Device for charging an electric vehicle with a robot unit (1) having a connector head and a vehicle unit arranged on the electric vehicle with a mating connector, characterized in that the device, in particular the robot unit (1), further comprises a position compensation unit / reset unit (8) , wherein the position compensation unit (8) enables the connector head of the robot unit (1) to optimally adapt to the mating connector of the vehicle unit in the vehicle in vertical position and angular position.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the
Positionsausgleichseinheit (8) eine Basisplatte (10) aufweist, an der unterhalb ein Rückstellstößel (11) und oberhalb zumindest Gleitlager (12) angeordnet ist, und die weiterhin einen an ihr bewegbar gelagerten Stößel (13) aufweist. Position compensation unit (8) has a base plate (10) on which a reset tappet (11) is arranged below and at least slide bearing (12) above, and which furthermore has a tappet (13) movably mounted on it.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the
Rückstellstößel (11) zumindest eine vorgespannte Führungsstange (16) aufweist. Has at least one preloaded guide rod (16).
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der4. The device according to claim 3, characterized in that the
Rückstellstößel (11) drei Führungsstangen (16) aufweist, die in einem Winkel von 120 Grad zueinander, bezogen auf die Mittenlängsachse des Rückstellstößels (11), angeordnet sind. The reset tappet (11) has three guide rods (16) which are arranged at an angle of 120 degrees to one another, based on the central longitudinal axis of the reset tappet (11).
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitlager (12) zumindest eine vorgespannte Führungsstange (19) aufweist, die mit ihrem einen Ende bewegbar in der Basisplatte (10) geführt angeordnet ist und die an ihrem anderen Ende eine der Robotereinheit (1 ) zugewandte Gleitplatte (21 ) aufweist. 5. The device according to claim 2, characterized in that the sliding bearing (12) has at least one pretensioned guide rod (19) which is arranged with its one end movably guided in the base plate (10) and which at its other end one of the robot unit ( 1) has facing sliding plate (21).
6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stößel (13) als Stange (22) ausgebildet ist, wobei an dem der Robotereinheit (1) zugewandten Ende der Stange (22) ein oberer Trichter und etwa in der Mitte der Stange (22) ein mittlerer Trichter (24) vorhanden ist. 6. The device according to claim 2, characterized in that the plunger (13) is designed as a rod (22), with an upper funnel at the end of the rod (22) facing the robot unit (1) and approximately in the middle of the rod ( 22) there is a central funnel (24).
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Stange (22) eine Verbindungsschnur (14) verläuft, die mit ihrem einen Ende mit der Robotereinheit (1) fest verbunden ist und sich mit ihrem anderen Ende lösbar an der Basisplatte (10) abstützt. 7. The device according to claim 6, characterized in that a connecting cord (14) runs through the rod (22), one end of which is firmly connected to the robot unit (1) and the other end of which is detachably attached to the base plate (10 ) is supported.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass an den beiden Enden der Verbindungsschnur (14) jeweils ein Haltering (25) angeordnet ist. 8. Apparatus according to claim 7, characterized in that a retaining ring (25) is arranged at each of the two ends of the connecting cord (14).
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsstangen (16, 19) jeweils mit einer Feder (17, 20) vorgespannt sind. 9. Device according to one of claims 3 to 7, characterized in that the guide rods (16, 19) are each biased with a spring (17, 20).
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückstellstößel (11) einen in Richtung der Robotereinheit (1) weisenden Trichter (18) bildet. 10. Device according to one of claims 2 to 9, characterized in that the reset tappet (11) forms a funnel (18) pointing in the direction of the robot unit (1).
PCT/EP2020/080384 2019-10-30 2020-10-29 Flexible mounting for a plug head of a device for charging an electric vehicle WO2021084001A1 (en)

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