WO2024037723A1 - Positioniereinheit insbesondere für eine ladestation und verfahren zur kontaktierung - Google Patents

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charging
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section
contact
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Timo STAUBACH
Nils Heieis
Holger LEIB
Martin Feldinger
Johann UEBERTSBERGER
Matthias Domes
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Schunk Transit Systems Gmbh
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Definitions

  • Positioning unit in particular for a charging station and method for contacting
  • the invention relates to a positioning unit and a method for forming an electrically conductive connection between a stationary charging station and an electrically driven vehicle, in particular an electric bus or the like, wherein by means of the positioning unit an electrical charging contact of a contact device of the positioning unit can be moved relative to a charging contact surface and can be contacted with it , wherein the positioning unit has an articulated arm device and a drive device for driving the articulated arm device, wherein the charging contact can be positioned by means of the articulated arm device between a contact position for power transmission and a retraction position for power interruption, wherein the positioning unit has at least one device provided for transmitting a charging current and essentially on the articulated arm device arranged electrical conductor, which is connected at one end to the charging contact and at the other end can be connected to the charging station or to the vehicle.
  • Such positioning units and methods are known from the prior art and are regularly used in electrically driven vehicles used. These vehicles can be electric buses, but also in principle other vehicles, such as a train, a tram or a ferry, which are not permanently electrically connected to a contact wire or similar.
  • an electrical energy storage device is charged through a charging station when the journey is interrupted at a stop or at a vehicle depot. The vehicle is electrically connected to the charging station in the vehicle depot, with the vehicle's energy storage being charged, for example overnight.
  • a contact device is used, which is mounted or positioned on the positioning unit above the vehicle at a parking space for the vehicle in the vehicle depot or at a stop.
  • a charging contact of the contact device is then moved by means of the positioning unit towards a charging contact surface on a roof of the vehicle and an electrical connection is established.
  • a contact device can have at least four charging contacts, in which case two charging contacts can then regularly be used for energy transmission, one charging contact can serve as a grounding conductor and another charging contact can be used for data transmission. Grounding can be implemented and carried out via a pantograph frame of the positioning unit.
  • a generic positioning unit is known, for example, from DE 2015 217 380 Al.
  • a charging current is regularly transmitted via an electrical conductor of the positioning unit which is arranged essentially on the articulated arm device and which is connected to the charging contact at one end and to the other end the charging station is guided and is connected to it, such that the charging current from the charging station via the conductor to the one with the Charging contact surface contacted charging contact and from there can reach the energy storage via the charging contact surface.
  • the conductor is always essentially made entirely of copper. It is true that with the previously known positioning units or their conductors only a charging current of 600 A can regularly be transmitted, which means that the charging time is limited and relatively long. Increasing the charging current is therefore desirable to reduce the charging time.
  • a current flow in a conductor causes heat, which can lead to damage, especially to the conductor itself or to contact transition points. For this reason, care must always be taken to ensure that a current transmitted through a conductor is compatible with the current carrying capacity of the conductor.
  • the current carrying capacity is understood to mean the highest permissible current that a conductor can carry permanently under specified conditions without the permissible temperature of the conductor exceeding a certain value.
  • the current-carrying capacity of a conductor depends on a material of the conductor and a geometry, in particular a cross-sectional area, of the conductor, with the current-carrying capacity increasing in principle as the cross-sectional area increases.
  • the conductor In order to be able to transmit a comparatively higher charging current via the conductor of the positioning unit in order to achieve a comparatively shorter charging time, it is therefore necessary that the conductor has a comparatively greater current-carrying capacity. In principle, this can be achieved by choosing a conductor with a comparatively larger cross-sectional area of the conductor. However, it is important to note that as the cross-sectional area of the conductor increases, the weight of the conductor also increases.
  • the conductor in the positioning unit is essentially on the one driven by a drive device of the positioning unit
  • Articulated arm device is arranged, wherein a power of the drive device is in particular also matched to a specific weight of the components driven by it, in particular the articulated arm device and the conductor arranged essentially on the articulated arm device.
  • the cross-sectional area of the conductor and thus the weight of the conductor in a previously known positioning unit with a copper conductor may therefore not be easily increased, since otherwise additional adjustments would have to be made to the drive device, which would require cost-intensive measures .
  • an increase in the cross-sectional area of the conductor or copper conductor would require more comparatively expensive copper material.
  • the present invention is therefore based on the object of proposing a positioning unit and a method for forming an electrically conductive connection between a stationary charging station and an electrically driven vehicle, by means of which a charging time can be reduced using simple means and inexpensively by increasing a charging current can.
  • This task is solved by a positioning unit with the features of claim 1 and a method with the features of claim 21.
  • an electrical charging contact of a contact device of the positioning unit can be moved relative to a charging contact surface and contacted with it by means of the positioning unit, the positioning unit being a Has articulated arm device and a drive device for driving the articulated arm device, wherein the charging contact by means of the articulated arm device between a contact position for power transmission and a retraction position for power interruption can be positioned, wherein the positioning unit has at least one electrical conductor provided for transmitting a charging current and arranged essentially on the articulated arm device, which is connected at one end to the charging contact and at the other end can be connected to the charging station or to the vehicle , wherein the conductor has at least one section made predominantly, preferably entirely, from aluminum.
  • the positioning unit can therefore be part of a stationary charging station for an electrically driven vehicle and can be used to move the electrical charging contact or charging contacts onto a respective charging contact surface of the vehicle, which can be arranged on a vehicle roof, and to make electrical contact with it.
  • the movement of the charging contact or the charging contacts onto the respective charging contact surface is carried out with the positioning unit, which can be arranged above the vehicle on a roof structure.
  • the charging contact or the charging contacts can be arranged at a lower end of the positioning unit and moved from an upper retraction position to a lower contact position for power transmission or contacting of the charging contact surfaces.
  • This movement of the charging contact or the charging contacts takes place with the articulated arm device, which can be actuated or driven by the drive device.
  • the positioning unit can also be part of the vehicle and arranged on the vehicle roof, wherein the charging contact surface can be arranged above the vehicle on a roof structure. In this case, the charging contact or charging contacts can then be moved from a lower retraction position to an upper contact position for power transmission or contacting of the charging contact surfaces.
  • the positioning unit has at least one electrical conductor provided for transmitting a charging current, which in the Essentially arranged on the articulated arm device.
  • One end of the conductor is connected to the charging contact and another end of the conductor can be guided to the charging station or to the vehicle or can be connected to the charging station or to the vehicle. In the contact position, a charging current can then flow from the charging station to the vehicle through the conductor.
  • the conductor has at least one section made predominantly, preferably completely, of aluminum, that is to say, at least in sections, based on a material of the section, it is predominantly, preferably completely, made of aluminum. Since aluminum, especially compared to copper, has a significantly lower weight or a significantly lower density, it is possible to form the section with a comparatively larger cross-sectional area for the same weight, so that the conductor basically has a comparatively larger one for the same weight Charging current can be transmitted, whereby charging time can be advantageously reduced.
  • the cross-sectional area of the section can be chosen to be just large enough so that the weight of the conductor at least does not exceed the weight of a conductor or copper conductor made entirely of copper used in a previously known positioning unit.
  • the section and at least one further section of the conductor can be coordinated with one another in such a way that the comparatively larger charging current can be transmitted with essentially the same weight of the conductor.
  • the section is advantageously made entirely of aluminum.
  • the conductor can also only be made almost entirely of aluminum. It is conceivable to form the section from an aluminum alloy, in which an aluminum content can predominate, preferably significantly.
  • the aluminum content in the aluminum alloy can then be more than 50% or at least 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94% , 95%, 96%, 97%, 98% or 99%.
  • the conductor can have several such sections, in particular two such sections. These sections can then be connected to one another in an electrically conductive manner. The sections can be designed in the same way or differently from one another, in particular as different types of profiles. It should also be emphasized that aluminum is comparatively cheaper than copper, so that the reduction in charging time can also be achieved comparatively more cost-effectively against this background. As a result, the charging time can be reduced by means of the positioning unit according to the invention, and this reduction can be achieved with simple and cost-effective measures.
  • the conductor can be made predominantly of aluminum based on a length of the conductor.
  • a length of the section of the conductor or a total length of several such sections of the conductor can then be more than 50% or at least 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90% or Make up 95% of the length of the conductor. It is also conceivable that the conductor is made entirely of aluminum based on the length of the conductor.
  • a cross-sectional area of the section can be 300 mm 2 to 500 mm 2 , preferably 400 mm 2 . This enables the transmission of comparatively large charging currents. However, it is also conceivable to choose the cross-sectional area to be larger or significantly larger.
  • the section can be designed as a profile part, preferably as a rail.
  • the section can also be designed as a rod or as an edge profile.
  • the conductor can have insulation in an area of the section, preferably formed by a powder coating. Using powder coating, a uniform layer that insulates the section from the outside can be applied to the aluminum material.
  • An insulation material can in particular comprise a plastic.
  • the conductor can have at least one additional section made predominantly, preferably entirely, from copper.
  • the conductor can also have insulation in an area of the further section.
  • the further section can then form a cable together with the insulation.
  • the further section can be connected to the section in an electrically conductive manner.
  • the further section is made entirely of copper.
  • a length of the further section of the conductor or a total length of several such further sections of the conductor can then advantageously be less than 50% or at most 45%, 40%, 35%, 30%, 25%, 20%, 15% , 10% or 5% of the length of the conductor in order to be able to form the section with the largest possible cross-sectional area with essentially the same weight of the conductor in order to reduce the charging time.
  • a cross-sectional area of the further section can then be adapted and matched to the cross-sectional area of the section in such a way that the desired charging current can be transmitted by means of the conductor.
  • the coordination can be carried out in such a way that the weight of the conductor with a comparatively increased current carrying capacity at least does not exceed the weight of a conductor or copper conductor made entirely of copper.
  • the further section can then advantageously be provided at kinks or in a curved conductor section or in a conductor section exposed to a bending load. Since copper withstands bending loads better than aluminum, holds, breaking or tearing of the conductor in this conductor section can be avoided.
  • the further section can connect two sections together but can also form an end section of the conductor. For example, the further section can then also be connected to a charging contact or can be connected to the charging station or the vehicle. The section can also be connected to a charging contact or can be connected to the charging station or the vehicle.
  • the section can be coated with nickel in order to reduce contact resistance.
  • the section can also be completely plated with nickel.
  • the at least one section and the at least one further section can together form the conductor.
  • section always refers to a conductor section made predominantly, preferably completely, from aluminum
  • further section with the addition of “further” always refers to a conductor section made predominantly, preferably completely, from copper
  • a cross-sectional area of the further section can be 100 mm 2 to 150 mm 2 , preferably 120 mm 2 .
  • the cross-sectional area of the further section can also have the same size as the cross-sectional area of the section.
  • the further section can be designed as a stranded wire, preferably as a round stranded wire.
  • a charging current of 800 A to 1500 A, preferably 1000 A to 1200 A, can advantageously be transmitted via the conductor. This can significantly reduce loading time. Depending on the design of a cross-sectional area of the conductor or the cross-sectional area of the From this section or the further section, the charging current can also be larger or significantly larger.
  • the positioning unit can have a plurality of such conductors.
  • the conductors are then advantageously designed in the same way.
  • the positioning unit can have two such conductors, which can each lead the charging current to a charging contact provided for energy transmission or to different charging contacts.
  • the articulated arm device can be designed as a single-arm system or as a scissor system, preferably with a parallelogram guide, or as a pantograph.
  • the articulated arm device can thus enable a parallel movement of the charging contact starting from a retracted position of the charging contact up to the contact position on the charging contact surface of the vehicle.
  • the articulated arm device can have at least a first arm member and a second arm member articulated to the first arm member, wherein the conductor can have two sections made predominantly, preferably entirely, of aluminum, with a first section cut on the first arm member of the two sections and on the second arm member a second section of the two sections can be arranged, the two sections being electrically conductively connected to one another in a joint area of the articulated arm device by means of the further section of the conductor which is predominantly, preferably entirely, made of copper can.
  • the first arm member and the second arm member can be connected to one another in an articulated manner by means of at least one joint of the articulated arm device provided in the joint region.
  • the further section in the joint area is exposed to a continuous buckling load or bending load due to the retraction and extension of the articulated arm device, it can be ensured that the conductor in this conductor section or in the joint area. richly withstands this constant buckling load or bending load.
  • the further section can be made comparatively short compared to the two sections in order to optimize the current carrying capacity of the conductor or the total weight of the positioning unit.
  • the further section can be designed such that it can transmit the same charging current as the adjacent two sections of the conductor.
  • the second section can be connected at the end to the charging contact, while the first section can be connected at the end to the charging station or to the vehicle.
  • the positioning unit can have two such conductors, which can be connected to two different charging contacts in order to provide an electrical positive pole and an electrical negative pole.
  • the contact device can be arranged at the end on the second arm member.
  • the articulated arm device can also comprise further arm members that are connected to one another in an articulated manner, on which sections can be arranged, which can be electrically conductively connected to one another in corresponding joint areas with further sections.
  • the conductor can have three further sections made predominantly, preferably entirely, of copper, with a first further section of the three further sections being able to connect the two sections in the joint area to one another in an electrically conductive manner, with a second further section of the three further sections being able to connect the second From section can be electrically conductively connected to the charging contact or can be connected to the charging contact, wherein a third further section of the three further sections, which is electrically conductively connected to the first section, can be connectable to the charging station or to the vehicle. Consequently, the conductor can have five contiguous conductor sections, namely two sections and three further sections. The second further section and the third further section can then form end sections of the conductor.
  • the conductor is in an area of the contact device or in An area of a holding frame of the positioning unit, which can be provided for fastening the positioning unit and on which the articulated arm device can be arranged, in particular via the first arm member, can also be exposed to a continuous buckling load, this design of the conductor can cause the conductor to tear conductor sections running through these areas can be avoided.
  • a connection or a connection tab of the holding frame can be provided on the holding frame, to which the third further section can be connected, it being possible for the charging station or the vehicle to be connected to the connection.
  • the further sections can be designed in the same way.
  • the positioning unit can advantageously have two such conductors.
  • the first arm member can be designed as a single arm and the second arm member as a double arm, wherein the contact device can be arranged at the end of the second arm member.
  • the first arm link can also be designed as a double arm or the second arm link as a single arm.
  • the positioning unit can have two conductors, with a second section of the conductor made predominantly, preferably entirely, made of aluminum being arranged on two arms of the double arm that run parallel to one another at least in sections.
  • Two first sections of the conductors made predominantly, preferably entirely, of aluminum can then be provided on the single arm, preferably at a distance from one another, with each first section being connected to one of the conductors by means of a further section of the conductors, which is predominantly, preferably entirely, made of copper Sections provided on the double arm can be connected in an electrically conductive manner.
  • the two second sections can be connected at the ends to two different charging contacts, while the first two sections are connected to the charging station or to the Vehicle can be connectable.
  • the two second sections can each be connected to the charging contacts via a second further section, while the two first sections can each be connected to the charging station or the vehicle via a third further section.
  • the drive device can have an adjusting drive for forming an adjusting force acting on the articulated arm device and a spring device which mechanically interacts with the adjusting drive.
  • the spring device can be formed by one or more springs.
  • the adjustment drive can be a pneumatic, hydraulic or electromechanical drive that can act on the articulated arm device and move it into the contact position and optionally the retraction position. With the spring device, a defined contact force can be exerted on the respective charging contact surfaces.
  • the spring device can be designed so that if the adjustment drive fails, the articulated arm device can be moved into the retracted position using a spring force.
  • the contact device can have two charging contact carriers, each with at least two charging contacts arranged thereon.
  • the positioning unit can then have a total of four charging contacts. Two of the charging contacts can be used for energy transmission, one charging contact can be used as a grounding conductor, and another charging contact can be used for data transmission.
  • the charging contacts can be connected to each other via a linkage of the contact device with at least one connecting rod for connecting two charging contacts and with at least one support rod arranged transversely to the connecting rods for connecting the charging contact carriers.
  • the linkage then makes it possible to distribute a contact force evenly across all charging contacts and to exert it on the respective charging contact surfaces via the charging contacts. Also Movement of the vehicle can be compensated for during a loading process using the linkage.
  • the positioning unit can have a holding frame for fastening the positioning unit above the vehicle.
  • the holding frame can also be designed to attach the positioning unit to a vehicle roof.
  • the charging station according to the invention comprises a mast, a boom or a bridge and a positioning unit according to the invention arranged above a vehicle.
  • an electrically driven vehicle can include the positioning unit according to the invention.
  • an electrical charging contact of a contact device of the positioning unit is moved relative to a charging contact surface and contacted with it by means of a positioning unit, with an articulated arm device Positioning unit is driven by a drive device of the positioning unit, wherein the charging contact is positioned by means of the articulated arm device between a contact position for power transmission and a retraction position for power interruption, wherein in the contact position a charging current is transmitted via at least one electrical conductor of the positioning unit, which is arranged essentially on the articulated arm device and which is at one end connected to the charging contact and at the other end connected to the charging station or to the vehicle, is transmitted, the charging current being transmitted via at least one predominantly, preferably completely, aluminum minium trained section of the conductor is transferred.
  • FIG. 1 shows a perspective side view of the positioning unit in a contact position
  • Fig. 2 is a perspective side view of the positioning unit in a retracted position
  • Fig. 3 is a partial perspective view of the positioning unit in the contact position from the front.
  • FIG. 1 to 3 shows a positioning unit 10 for forming an electrically conductive connection between a stationary charging station, not shown here, and an electrically driven vehicle, also not shown here, with four electrical charging contacts 1 1 of a contact device 12 being formed by means of the positioning unit 10
  • Positioning unit 10 can be moved relative to a charging contact surface (not shown here) and can be contacted with it, the positioning unit 10 having an articulated arm device 13 and a drive device 14 for driving the articulated arm device 13, the charging contacts 11 being between a contact position for power transmission by means of the articulated arm device 13, which shown in Fig. 1, and a retraction position for power interruption, which is shown in FIG. 2, can be positioned.
  • the articulated arm device 13 has a first arm member 15 and a second arm member 16 which is articulated to the first arm member 15, the first arm member 15 being designed as a single arm and the second arm member 16 as a double arm, the contact device 12 being attached to the end of the second arm member 16 is arranged.
  • the positioning unit 10 has two electrical conductors 17a, 17b which are provided for transmitting a charging current and are essentially arranged on the articulated arm device 13, each of which is connected at one end to one of the charging contacts 11 and at the other end can be connected in particular to the charging station.
  • Each conductor 17a, 17b has a first section 18a, 18b, of which only the first section 18a can be seen in the figures due to the perspective, and a second section 19a, 19b and a first further section 20a, 20b, wherein the first section 18a, 18b is arranged on the first arm member 15 and the second section 19a, 19b is arranged on the second arm member 16, the first section 18a and the second section 19a or the first section 18b and the second From section 19b in a joint area 21 of the articulated arm device 13 are electrically conductively connected to one another by means of the first further section 20a or 20b.
  • the second sections 19a, 19b are arranged on two arms 22 of the second arm member 16 or the double arm, which run parallel to one another in sections.
  • each conductor 17a, 17b has a second further section, not shown here, and a third further section, also not shown here, the second further section connecting the second section 19a, 19b in an electrically conductive manner with one of the charging contacts 11 , wherein the third further section is electrically conductively connected at one end to the first section 18a, 18b and at the other end can be connected in particular to the charging station.
  • the first sections 18a, 18b and the second sections 19a, 19b are each designed as a profile made of aluminum formed, which has a cross-sectional area of 400 mm 2 and is insulated from the outside with a powder coating.
  • the three further sections 20a, 20b are round strands made of copper.
  • the contact device 12 has two charging contact carriers 23 with the charging contacts 1 1 arranged thereon.
  • the charging contacts 11 are connected to one another via a linkage 24 of the contact device 12, each with a connecting rod 25 for connecting two charging contacts 11 and with a carrier rod 26 arranged transversely to the connecting rods 25 for connecting the charging contact carriers 23.
  • the positioning unit 10 has a holding frame 27 for fastening the positioning unit 10, in particular above the vehicle.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Positioniereinheit (10) zur Ausbildung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen einer stationären Ladestation und einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug, insbesondere Elektrobus oder dergleichen, wobei mittels der Positioniereinheit (10) ein elektrischer Ladekontakt (11) einer Kontaktvorrichtung (12) der Positioniereinheit (10) relativ zu einer Ladekontaktfläche bewegbar und mit dieser kontaktierbar ist, wobei die Positioniereinheit (10) eine Gelenkarmvorrichtung (13) und eine Antriebvorrichtung (14) zum Antrieb der Gelenkarmvorrichtung (13) aufweist, wobei der Ladekontakt (11) mittels der Gelenkarmvorrichtung (13) zwischen einer Kontaktposition zur Stromübertragung und einer Einfahrposition zur Stromunterbrechung positionierbar ist, wobei die Positioniereinheit (10) zumindest einen zur Übertragung eines Ladestroms vorgesehenen und im Wesentlichen an der Gelenkarmvorrichtung (13) angeordneten elektrischen Leiter (17a,17b) aufweist, welcher einerends an dem Ladekontakt (11) angeschlossen und anderenends an der Ladestation oder an dem Fahrzeug anschließbar ist, wobei der Leiter zumindest einen überwiegend, vorzugsweise vollständig, aus Aluminium ausgebildeten Abschnitt (19a,19b) aufweist.

Description

Positioniereinheit insbesondere für eine Ladestation und Verfahren zur Kontaktierung
Die Erfindung betrifft eine Positioniereinheit und ein Verfahren zur Ausbildung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen einer stationären Ladestation und einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug, insbesondere Elektrobus oder dergleichen, wobei mittels der Positioniereinheit ein elektrischer Ladekontakt einer Kontaktvorrichtung der Positioniereinheit relativ zu einer Ladekontaktfläche bewegbar und mit dieser kontaktierbar ist, wobei die Positioniereinheit eine Gelenkarmvorrichtung und eine Antriebvorrichtung zum Antrieb der Gelenkarmvorrichtung aufweist, wobei der Ladekontakt mittels der Gelenkarmvorrichtung zwischen einer Kontaktposition zur Stromübertragung und einer Einfahrposition zur Stromunterbrechung positionierbar ist, wobei die Positioniereinheit zumindest einen zur Übertragung eines Ladestroms vorgesehenen und im Wesentlichen an der Gelenkarmvorrichtung angeordneten elektrischen Leiter aufweist, welcher einerends an dem Ladekontakt angeschlossen und anderenends an der Ladestation oder an dem Fahrzeug anschließbar ist.
Derartige Positioniereinheiten und Verfahren sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden regelmäßig bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen eingesetzt. Diese Fahrzeuge können Elektrobusse, aber auch prinzipiell andere Fahrzeuge, wie beispielsweise ein Zug, eine Straßenbahn oder eine Fähre sein, die nicht permanent elektrisch mit einem Fahrdraht oder ähnlichem verbunden sind. Bei diesen Fahrzeugen erfolgt eine Aufladung eines elektrischen Energiespeichers, bei einer Fahrtunterbrechung an einer Haltestelle oder an einem Fahrzeugdepot, durch eine Ladestation. Das Fahrzeug wird in dem Fahrzeugdepot mit der Ladestation elektrisch verbunden, wobei der Energiespeicher des Fahrzeugs, beispielsweise über Nacht, aufgeladen wird.
Zur Herstellung einer elektri sch leitenden Verbindung zwischen dem Fahrzeug und der Ladestation wird eine Kontaktvorrichtung eingesetzt, die an der Positioniereinheit oberhalb des Fahrzeugs an einem Abstellplatz des Fahrzeugs im Fahrzeugdepot oder an einer Haltestelle montiert bzw. positioniert ist. Ein Ladekontakt der Kontaktvorrichtung wird dann mittels der Positioniereinheit in Richtung einer Ladekontaktfläche auf einem Dach des Fahrzeugs bewegt und eine elektrische Verbindung hergestellt. Beispielsweise kann eine Kontaktvorrichtung über zumindest vier Ladekontakte verfügen, wobei dann regelmäßig zwei Ladekontakte zur Energieübertragung, ein Ladekontakt als Erdungsleiter und ein weiterer Ladekontakt zur Datenübertragung dienen kann. Dabei kann eine Erdung über einen Pantographenrahmen der Positioniereinheit realisiert und ausgeführt werden. Eine gattungsgemäße Positioniereinheit ist beispielsweise aus der DE 2015 217 380 Al bekannt.
In einer Kontaktposition zur Stromübertragung, in welche der Ladekontakt mittels einer Gelenkarmvorrichtung der Positioniereinheit zwecks Aufladung des Energiespeichers verbracht wird, erfolgt eine Übertragung eines Ladestroms regelmäßig über einen im Wesentlichen an der Gelenkarmvorrichtung angeordneten elektrischen Leiter der Positioniereinheit, welcher einerends an dem Ladekontakt angeschlossen und anderenends zu der Ladestation geführt ist und an dieser angeschlossen ist, derart, dass der Ladestrom von der Ladestation über den Leiter zu dem mit der Ladekontaktfläche kontaktierten Ladekontakt und von dort über die Ladekontaktfläche zu dem Energiespeicher gelangen kann. Dabei ist der Leiter bei den aus dem Stand der Technik vorbekannten Positioniereinheiten stets im Wesentlichen vollständig aus Kupfer ausgebildet. Es gilt, dass mit den vorbekannten Positioniereinheiten bzw. deren Leitern regelmäßig lediglich ein Ladestrom von 600 A übertragen werden kann, womit eine Ladezeit nach unten eingeschränkt und verhältnismäßig groß ist. Eine Vergrößerung des Ladestroms ist daher zur Reduktion der Ladezeit erstrebenswert.
Grundsätzlich verursacht ein Stromfluss in einem Leiter Wärme, welche zu Schäden, insbesondere an dem Leiter selbst oder an Kontaktübergangsstellen, führen kann. Aus diesem Grund ist stets darauf zu achten, dass ein durch einen Leiter übertragener Strom mit einer Strombelastbarkeit bzw. Stromtragfähigkeit des Leiters kompatibel ist. Dabei wird unter der Strombelastbarkeit ein höchster zulässiger Strom verstanden, den ein Leiter unter festgelegten Bedingungen dauerhaft führen kann, ohne dass eine zulässige Temperatur des Leiters einen bestimmten Wert überschreitet. Die Strombelastbarkeit eines Leiters richtet sich nach einem Material des Leiters sowie einer Geometrie, insbesondere einer Querschnittsfläche, des Leiters, wobei die Strombelastbarkeit prinzipiell mit steigender Querschnittsfläche zunimmt.
Um zur Erzielung einer vergleichsweise geringeren Ladezeit einen vergleichswei se höheren Ladestrom über den Leiter der Positioniereinheit übertragen zu können, ist es folglich erforderlich, dass der Leiter eine vergleichsweise größere Strombelastbarkeit aufweist. Dies kann prinzipiell durch eine Wahl eines Leiters mit einer vergleichsweise größeren Querschnittsfläche des Leiters erreicht werden. Dabei gilt es j edoch zu beachten, dass mit zunehmender Querschnittsfläche des Leiters grundsätzlich auch ein Gewicht des Leiters zunimmt. Weiter ist zu bedenken, dass der Leiter bei der Positioniereinheit im Wesentlichen an der von einer Antriebvorrichtung der Positioniereinheit angetriebenen Gelenkarmvorrichtung angeordnet ist, wobei eine Leistung der Antriebvorrichtung insbesondere auch auf ein bestimmtes Gewicht der mittels ihr angetriebenen Komponenten, insbesondere der Gelenkarmvorrichtung und des im Wesentlichen an der Gelenkarmvorrichtung angeordneten Leiters, abgestimmt ist. Zur Verbesserung der Ladezeit bzw. Strombelastbarkeit des Leiters darf die Querschnittsfläche des Leiters und damit das Gewicht des Leiters bei einer vorbekannten Positioniereinheit mit einem Kupferleiter folglich nicht ohne Weiteres erhöht werden, da ansonsten zusätzliche Anpassungen an der Antriebvorrichtung vorgenommen werden müssten, was kostenintensive Maßnahmen erfordern würde. Hinzu kommt, dass eine Vergrößerung der Querschnittsfläche des Leiters bzw. Kupferleiters mehr vergleichsweise teures Kupfermaterial erfordern würde.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Positioniereinheit und ein Verfahren zur Ausbildung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen einer stationären Ladestation und einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug vorzuschlagen, mittels welcher bzw. welchem mit einfachen Mitteln und kostengünstig durch eine Erhöhung eines Ladestroms eine Ladezeit reduziert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Positioniereinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 21 gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Positioniereinheit zur Ausbildung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen einer stationären Ladestation und einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug, insbesondere Elektrobus oder dergleichen, ist mittels der Positioniereinheit ein elektrischer Ladekontakt einer Kontaktvorrichtung der Positioniereinheit relativ zu einer Ladekontaktfläche bewegbar und mit dieser kontaktierbar, wobei die Positioniereinheit eine Gelenkarmvorrichtung und eine Antriebvorrichtung zum Antrieb der Gelenkarmvorrichtung aufweist, wobei der Ladekontakt mittels der Gelenkarmvorrichtung zwischen einer Kontakt- position zur Stromübertragung und einer Einfahrposition zur Stromunterbrechung positionierbar i st, wobei die Positioniereinheit zumindest einen zur Übertragung eines Ladestroms vorgesehenen und im Wesentlichen an der Gelenkarmvorrichtung angeordneten elektrischen Leiter aufweist, welcher einerends an dem Ladekontakt angeschlossen und anderenends an der Ladestation oder an dem Fahrzeug anschließbar ist, wobei der Leiter zumindest einen überwiegend, vorzugsweise vollständig, aus Aluminium ausgebildeten Abschnitt aufweist.
Die Positioniereinheit kann demnach Bestandteil einer stationären Ladestation für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug sein und dazu dienen, den elektrischen Ladekontakt bzw. die Ladekontakte auf j eweils eine Ladekontaktfläche des Fahrzeugs, die auf einem Fahrzeugdach angeordnet sein kann, zu bewegen und mit dieser elektrisch zu kontaktieren. Die Bewegung des Ladekontakts bzw. der Ladekontakte auf die j eweilige Ladekontaktfläche wird mit der Positioniereinheit ausgeführt, die oberhalb des Fahrzeugs an einer Dachstruktur angeordnet sein kann. Der Ladekontakt bzw. die Ladekontakte können dazu an einem unteren Ende der Positioniereinheit angeordnet und von einer oberen Einfahrposition in eine untere Kontaktposition zur Stromübertragung bzw. Kontaktierung der Ladekontaktflächen bewegt werden. Diese Bewegung des Ladekontakts bzw. der Ladekontakte erfolgt mit der Gelenkarmvorrichtung, die mit der Antriebvorrichtung betätigbar bzw. antreibbar i st. Alternativ kann die Positioniereinheit auch Bestandteil des Fahrzeugs sein und auf dem Fahrzeugdach angeordnet sein, wobei die Ladekontaktfläche oberhalb des Fahrzeugs an einer Dachstruktur angeordnet sein kann. In diesem Fall kann der Ladekontakt bzw. können die Ladekontakte dann von einer unteren Einfahrposition in eine obere Kontaktposition zur Stromübertragung bzw. Kontaktierung der Ladekontaktflächen bewegt werden.
Weiter verfügt die Positioniereinheit über zumindest einen zur Übertragung eines Ladestroms vorgesehenen elektrischen Leiter, welcher im Wesentlichen an der Gelenkarmvorrichtung angeordnet ist. Dabei ist der Leiter mit einem Ende des Leiters an dem Ladekontakt angeschlossen und ein anderes Ende des Leiters ist zu der Ladestation oder zu dem Fahrzeug führbar bzw. ist an dieser bzw. an diesem anschließbar. In der Kontaktposition kann dann ein Ladestrom von der Ladestation zu dem Fahrzeug durch den Leiter fließen.
Erfindungsgemäß i st vorgesehen, dass der Leiter zumindest einen überwiegend, vorzugsweise vollständig, aus Aluminium ausgebildeten Abschnitt aufweist, also zumindest ab schnittsweise bezogen auf ein Material des Abschnitts überwiegend, vorzugsweise vollständig, aus Aluminium ausgebildet ist. Da Aluminium, insbesondere verglichen mit Kupfer, ein erheblich geringeres Gewicht bzw. eine erheblich geringere Dichte aufweist, i st es dadurch möglich, den Abschnitt bei gleichem Gewicht mit einer vergleichsweise größeren Querschnittsfläche auszubilden, so dass mittels des Leiters grundsätzlich bei gleichem Gewicht ein vergleichsweise größerer Ladestrom übertragen werden kann, wodurch eine Ladezeit vorteilhaft reduziert werden kann. Dabei kann die Querschnittsfläche des Abschnitts gerade so groß gewählt werden, dass das Gewicht des Leiters das Gewicht eines bei einer vorbekannten Positioniereinheit eingesetzten, vollständig aus Kupfer ausgebildeten Leiters bzw. Kupferleiters zumindest nicht überschreitet. Der Ab schnitt und zumindest ein, bei spielsweise aus Kupfer ausgebildeter, weiterer Abschnitt des Leiters, welchen der Leiter aufweisen kann, können dabei derart aufeinander abgestimmt sein, dass bei im Wesentlichen gleichem Gewicht des Leiters der vergleichsweise größere Ladestrom übertragen werden kann. Somit kann die Reduktion der Ladezeit erfindungsgemäß allein durch die Anpassung des Leiters erreicht werden, ohne dass eine kostenintensive Anpassung der Antriebvorrichtung vonnöten wäre. Vorteilhafterweise ist der Ab schnitt dabei vollständig aus Aluminium ausgebildet. Auch kann der Leiter nur nahezu vollständig aus Aluminium ausgebildet sein. Dabei ist es denkbar, den Abschnitt aus einer Aluminiumlegierung auszubilden, bei welcher ein Aluminiumanteil, bevorzugt deutlich, überwiegen kann. Beispielswei se kann der Aluminiumanteil in der Aluminiumlegierung dann mehr als 50 % oder mindestens 55 %, 60 %, 65 %, 70 %, 75 %, 80 %, 85 %, 90 %, 91 %, 92 %, 93 %, 94 %, 95 %, 96 %, 97 %, 98 % oder 99 % betragen. Ferner kann der Leiter mehrere derartige Ab schnitte, insbesondere zwei derartige Ab schnitte, aufweisen. Diese Abschnitte können dann elektrisch leitend miteinander verbunden sein. Die Abschnitte können gleichartig oder verschiedenartig voneinander, insbesondere al s verschiedenartige Profile, ausgebildet sein. Weiter ist herauszustellen, dass Aluminium vergleichsweise kostengünstiger als Kupfer i st, so dass die Reduktion der Ladezeit auch vor diesem Hintergrund vergleichsweise kostengünstiger erzielt werden kann. Im Ergebnis kann mittels der erfindungsgemäßen Positioniereinheit damit die Ladezeit reduziert werden, wobei diese Reduktion mit einfachen und kostengünstigen Maßnahmen erreicht werden kann.
Vorteilhafterweise kann der Leiter bezogen auf eine Länge des Leiters überwiegend aus Aluminium ausgebildet sein. Eine Länge des Abschnitts des Leiters bzw. eine Gesamtlänge mehrerer derartiger Abschnitte des Leiters kann bzw. können dann mehr als 50 % oder mindestens 55 %, 60 %, 65 %, 70 %, 75 %, 80 %, 85 %, 90 % oder 95 % der Länge des Leiters ausmachen. Auch ist es denkbar, dass der Leiter bezogen auf die Länge des Leiters vollständig aus Aluminium ausgebildet ist.
Vorteilhafterweise kann eine Querschnittsfläche des Abschnitts 300 mm2 bis 500 mm2, vorzugsweise 400 mm2, betragen. Dadurch wird eine Übertragung von vergleichsweise großen Ladeströmen ermöglicht. Jedoch ist es auch denkbar die Querschnittsfläche größer oder deutlich größer zu wählen.
Vorteilhafterwei se kann der Abschnitt als ein Profilteil, vorzugsweise als eine Schiene, ausgebildet sein. Auch kann der Abschnitt als eine Stange oder als ein Kantprofil ausgebildet sein. Vorteilhafterweise kann der Leiter in einem Bereich des Abschnitts eine, vorzugsweise durch eine Pulverbeschichtung ausgebildete, Isolation aufweisen. Mittels Pulverbeschichtung kann eine gleichmäßige, den Ab schnitt nach außen hin isolierende Schicht auf das Aluminiummaterial aufgebracht werden. Ein Isolationsmaterial kann insbesondere einen Kunststoff umfassen.
Weiter kann der Leiter zumindest einen überwiegend, vorzugsweise vollständig, aus Kupfer ausgebildeten weiteren Abschnitt aufwei sen. Dabei kann der Leiter in einem Bereich des weiteren Abschnitts ebenfall s eine Isolation aufweist. Insbesondere kann der weitere Abschnitt zusammen mit der Isolation dann ein Kabel ausbilden. Der weitere Ab schnitt kann mit dem Abschnitt elektrisch leitend verbunden sein. Vorteilhafterweise ist der weitere Abschnitt vollständig aus Kupfer ausgebildet. Jedoch ist es auch denkbar, den weiteren Abschnitt aus einer Kupferlegierung auszubilden, in welcher ein Kupferanteil überwiegen kann. Eine Länge des weiteren Abschnitts des Leiters bzw. eine Gesamtlänge mehrerer derartiger weiterer Abschnitte des Leiters kann bzw. können dann vorteilhafterweise weniger al s 50 % oder höchstens 45 %, 40 %, 35 %, 30 %, 25 %, 20 %, 15 %, 10 % oder 5 % der Länge des Leiters ausmachen, um den Ab schnitt bei im Wesentlichen gleichem Gewicht des Leiters zur Erzielung der Reduktion der Ladezeit mit einer möglichst großen Querschnittsfläche ausbilden zu können. Eine Querschnittsfläche des weiteren Abschnitts kann dann derart angepasst und auf die Querschnittsfläche des Abschnitts abgestimmt sein, dass der gewünschte Ladestrom mittels des Leiters übertragen werden kann. Die Abstimmung kann derart erfolgen, dass das Gewicht des Leiters bei vergleichsweise vergrößerter Strombelastbarkeit das Gewicht eines vollständig aus Kupfer ausgebildeten Leiters bzw. Kupferleiters zumindest nicht überschreitet. Der weitere Abschnitt kann dann vorteilhaft an Knickstellen bzw. in einem gebogenen Leiterab schnitt bzw. in einem einer Biegebelastung ausgesetzten Leiterabschnitt vorgesehen sein. Da Kupfer im Vergleich zu Aluminium einer Biegebelastung besser stand- hält, kann somit ein Brechen bzw. Zerreißen des Leiters in diesem Leiterabschnitt vermieden werden. Der weitere Abschnitt kann zwei Abschnitte miteinander verbinden aber auch einen Endab schnitt des Leiters ausbilden. Beispielsweise kann der weitere Abschnitt dann auch an einem Ladekontakt angeschlossen oder an der Ladestation bzw. dem Fahrzeug anschließbar sein. Gleichfalls kann der Ab schnitt an einem Ladekontakt angeschlossen oder an der Ladestation bzw. dem Fahrzeug anschließbar sein.
Zumindest an einer Kontaktstelle, an welcher der Ab schnitt den weiteren Ab schnitt kontaktiert, kann der Abschnitt mit Nickel beschichtet sein, um einen Übergangswiderstand zu reduzieren. Der Abschnitt kann auch vollständig mit Nickel beschichtet sein.
Der zumindest eine Abschnitt und der zumindest eine weitere Abschnitt können zusammen den Leiter ausbilden.
Der Begriff „Abschnitt“ bezieht sich vorliegend stets auf einen überwiegend, vorzugsweise vollständig, aus Aluminium ausgebildeten Leiterabschnitt, während sich der mit Zusatz „weiterer“ versehene Begriff „weiterer Ab schnitt“ stets auf einen überwiegend, vorzugswei se vollständig, aus Kupfer ausgebildeten Leiterabschnitt bezieht.
Eine Querschnittsfläche des weiteren Abschnitts kann 100 mm2 bis 150 mm2, vorzugsweise 120 mm2, betragen. Jedoch kann die Querschnittsfläche des weiteren Abschnitts auch dieselbe Größe aufweisen wie die Querschnittsfläche des Abschnitts.
Weiter kann der weitere Abschnitt als eine Litze, vorzugsweise als eine Rundlitze ausgebildet sein.
Vorteilhafterweise kann über den Leiter ein Ladestrom von 800 A bis 1500 A, vorzugsweise von 1000 A bis 1200 A, übertragbar sein. Dadurch kann die Ladezeit erheblich reduziert werden. Je nach Ausgestaltung einer Querschnittsfläche des Leiters bzw. der Querschnittsfläche des Ab schnitts bzw. des weiteren Abschnitts kann der Ladestrom auch größer oder deutlich größer sein.
Vorteilhafterweise kann die Positioniereinheit eine Mehrzahl von derartigen Leitern aufweisen. Vorteilhafterweise sind die Leiter dann gleichartig ausgebildet. Insbesondere kann die Positioniereinheit zwei von derartigen Leitern aufwei sen, welche den Ladestrom zu j eweils einem zur Energieübertragung vorgesehenen Ladekontakt bzw. zu verschiedenen Ladekontakten führen können.
Vorteilhafterweise kann die Gelenkarmvorrichtung al s ein Einarmsystem oder als ein Scherensystem, vorzugsweise mit einer Parallelogrammführung, oder als ein Pantograph ausgebildet sein. So kann die Gelenkarmvorrichtung eine parallele Bewegung des Ladekontaktes ausgehend von einer Einfahrposition des Ladekontaktes bis hin zu der Kontaktposition an der Ladekontaktfläche des Fahrzeugs ermöglichen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann die Gelenkarmvorrichtung zumindest ein erstes Armglied und ein gelenkig mit dem ersten Armglied verbundenes zweites Armglied aufweisen, wobei der Leiter zwei überwiegend, vorzugsweise vollständig, aus Aluminium ausgebildete Abschnitte aufweisen kann, wobei an dem ersten Armglied ein erster Ab schnitt der zwei Ab schnitte und an dem zweiten Armglied ein zweiter Abschnitt der zwei Ab schnitte angeordnet sein kann, wobei die zwei Ab schnitte in einem Gelenkbereich der Gelenkarmvorrichtung mittels des überwiegend, vorzugsweise voll ständig, aus Kupfer ausgebildeten weiteren Abschnitts des Leiters elektrisch leitend miteinander verbunden sein können. Das erste Armglied und das zweite Armglied können mittels zumindest eines in dem Gelenkbereich vorgesehenen Gelenks der Gelenkarmvorrichtung gelenkig miteinander verbunden sein. Da der weitere Ab schnitt in dem Gelenkbereich durch ein Einfahren und ein Ausfahren der Gelenkarmvorrichtung einer fortwährenden Knickbelastung bzw. Biegebelastung ausgesetzt ist, kann dadurch sichergestellt werden, dass der Leiter in diesem Leiterabschnitt bzw. in dem Gelenkbe- reich dieser fortwährenden Knickbelastung bzw. Biegebelastung standhält. Dabei kann der weitere Abschnitt im Vergleich zu den zwei Abschnitten vergleichsweise kurz ausgebildet werden, um die Strombelastbarkeit des Leiters bzw. das Gesamtgewicht der Positioniereinheit zu optimieren. Hinsichtlich der Querschnittsfläche kann der weitere Abschnitt derart beschaffen sein, dass dieser denselben Ladestrom übertragen kann wie die angrenzenden zwei Ab schnitte des Leiters. Der zweite Ab schnitt kann endseitig an dem Ladekontakt angeschlossen sein, während der erste Abschnitt endseitig an der Ladestation bzw. an dem Fahrzeug anschließbar sein kann. Vorteilhafterweise kann die Positioniereinheit zwei derartige Leiter aufweisen, welche an zwei verschiedenen Ladekontakten angeschlossen sein können, um einen elektrischen Pluspol und einen elektrischen Minuspol bereitzustellen. Die Kontaktvorrichtung kann endseitig an dem zweiten Armglied angeordnet sein. Auch kann die Gelenkarmvorrichtung weitere gelenkig miteinander verbundene Armglieder umfassen, an welchen Abschnitte angeordnet sein können, welche in entsprechenden Gelenkbereichen mit weiteren Abschnitten elektrisch leitend miteinander verbunden sein können.
Vorteilhafterweise kann der Leiter drei überwiegend, vorzugsweise vollständig, aus Kupfer ausgebildete weitere Abschnitte aufweisen, wobei ein erster weiterer Abschnitt der drei weiteren Abschnitte die zwei Ab schnitte in dem Gelenkbereich elektrisch leitend miteinander verbinden kann, wobei ein zweiter weiterer Abschnitt der drei weiteren Abschnitte den zweiten Ab schnitt mit dem Ladekontakt elektrisch leitend verbinden kann bzw. an dem Ladekontakt angeschlossen sein kann, wobei ein mit dem ersten Abschnitt elektrisch leitend verbundener dritter weiterer Abschnitt der drei weiteren Abschnitte an der Ladestation oder an dem Fahrzeug anschließbar sein kann. Folglich kann der Leiter fünf zusammenhängende Leiterab schnitte, nämlich zwei Abschnitte und drei weitere Abschnitte, aufweisen. Der zweite weitere Abschnitt und der dritte weitere Abschnitt können dann Endabschnitte des Leiters ausbilden. Da der Leiter in einem Bereich der Kontaktvorrichtung bzw. in einem Bereich eines Halterahmens der Positioniereinheit, welcher zur Befestigung der Positioniereinheit vorgesehen sein kann und an welchem die Gelenkarmvorrichtung, insbesondere über das erste Armglied, angeordnet sein kann, ebenfalls einer fortwährenden Knickbelastung ausgesetzt sein kann, kann durch diese Ausbildung des Leiters ein Reißen des Leiters in durch diese Bereiche verlaufenden Leiterabschnitten vermieden werden. An dem Halterahmen kann ein Anschluss bzw. eine Anschlusslasche des Halterahmens vorgesehen sein, an welche der dritte weitere Abschnitt angeschlossen sein kann, wobei an dem Anschluss die Ladestation oder das Fahrzeug anschließbar sein kann. Vorteilhafterweise können die weiteren Abschnitte gleichartig ausgebildet sein. Vorteilhafterweise kann die Positioniereinheit zwei derartige Leiter aufweisen.
Vorteilhafterweise kann das erste Armglied als Einfacharm und das zweite Armglied als Doppelarm ausgebildet sein, wobei die Kontaktvorrichtung endseitig an dem zweiten Armglied angeordnet sein kann. Jedoch kann auch das erste Armglied als Doppelarm oder das zweite Armglied als Einfacharm ausgebildet sein.
Vorteilhafterweise kann die Positioniereinheit zwei Leiter aufweisen, wobei an zwei zumindest abschnittsweise parallel zueinander verlaufenden Armen des Doppelarms j eweils ein überwiegend, vorzugsweise vollständig, aus Aluminium ausgebildeter zweiter Ab schnitt der Leiter angeordnet sein kann. An dem Einfacharm können dann, vorzugsweise beabstandet voneinander, zwei überwiegend, vorzugsweise vollständig, aus Aluminium ausgebildete erste Ab schnitte der Leiter vorgesehen sein, wobei j eder erste Ab schnitt mittels eines überwiegend, vorzugsweise vollständig, aus Kupfer ausgebildeten weiteren Abschnitts der Leiter mit einem der an dem Doppelarm vorgesehenen zweiten Ab schnitte elektrisch leitend verbunden sein kann. Die zwei zweiten Ab schnitte können endseitig an zwei verschiedenen Ladekontakten angeschlossen sein, während die zwei ersten Abschnitte an der Ladestation bzw. an dem Fahrzeug anschließbar sein können. Vorteilhafterweise können die zwei zweiten Ab schnitte j eweils über einen zweiten weiteren Abschnitt an den Ladekontakten angeschlossen sein, während die zwei ersten Abschnitte j eweils über einen dritten weiteren Abschnitt an der Ladestation bzw. an dem Fahrzeug anschließbar sein können.
Vorteilhafterweise kann die Antriebvorrichtung einen Verstellantrieb zur Ausbildung einer auf die Gelenkarmvorrichtung wirkenden Verstellkraft und eine mit dem Verstellantrieb mechanisch zusammenwirkende Federeinrichtung aufweisen. Die Federeinrichtung kann durch eine oder mehrere Federn ausgebildet sein. Der Verstellantrieb kann ein pneumatischer, hydraulischer oder elektromechanischer Antrieb sein, der auf die Gelenkarmvorrichtung einwirken und diese in die Kontaktposition und wahlweise Einfahrposition bewegen kann. Mit der Federeinrichtung kann eine definierte Kontaktkraft auf die j eweiligen Ladekontaktflächen ausgeübt werden. Weiter kann die Federeinrichtung so ausgebildet sein, dass bei einem Ausfall des Verstellantrieb s die Gelenkarmvorrichtung mit einer Federkraft in die Einfahrposition bewegt werden kann.
Die Kontaktvorrichtung kann zwei Ladekontaktträger mit j eweils zumindest zwei daran angeordneten Ladekontakten aufweisen. Insgesamt kann dann die Positioniereinheit vier Ladekontakte aufweisen. Zwei der Ladekontakte können zur Energieübertragung, ein Ladekontakt als Erdungsleiter, und ein weiterer Ladekontakt zur Datenübertragung dienen.
Die Ladekontakte können über ein Gestänge der Kontaktvorrichtung mit zumindest jeweils einer Verbindungsstange zur Verbindung zweier Ladekontakte und mit zumindest einer quer zu den Verbindungsstangen angeordneten Trägerstange zur Verbindung der Ladekontaktträger miteinander verbunden sein. Über das Gestänge wird es dann möglich, eine Kontaktkraft gleichmäßig auf alle Ladekontakte zu verteilen und auf die j eweiligen Ladekontaktflächen über die Ladekontakte auszuüben. Auch kann über das Gestänge eine Bewegung des Fahrzeugs während eines Ladevorgangs ausgeglichen werden.
Weiter kann die Positioniereinheit einen Halterahmen zur Befestigung der Positioniereinheit oberhalb des Fahrzeugs aufweisen. Alternativ kann der Halterahmen auch zur Befestigung der Positioniereinheit an einem Fahrzeugdach ausgebildet sein.
Die erfindungsgemäße Ladestation umfasst einen Mast, einen Ausleger oder eine Brücke und eine oberhalb eines Fahrzeugs daran angeordnete erfindungsgemäße Positioniereinheit. Alternativ kann ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug die erfindungsgemäße Positioniereinheit umfassen.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Ladestation ergeben sich aus den Merkmalsbeschreibungen der auf den Vorrichtungsanspruch 1 rückbezogenen Unteransprüche.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ausbildung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen einer stationären Ladestation und einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug, insbesondere Elektrobus oder dergleichen, wird mittels einer Positioniereinheit ein elektrischer Ladekontakt einer Kontaktvorrichtung der Positioniereinheit relativ zu einer Ladekontaktfläche bewegt und mit dieser kontaktiert, wobei eine Gelenkarmvorrichtung der Positioniereinheit von einer Antriebvorrichtung der Positioniereinheit angetrieben wird, wobei der Ladekontakt mittels der Gelenkarmvorrichtung zwischen einer Kontaktposition zur Stromübertragung und einer Einfahrposition zur Stromunterbrechung positioniert wird, wobei in der Kontaktposition ein Ladestrom über zumindest einen im Wesentlichen an der Gelenkarmvorrichtung angeordneten elektrischen Leiter der Positioniereinheit, welcher einerends an dem Ladekontakt angeschlossen und anderenends an der Ladestation oder an dem Fahrzeug angeschlossen wird, übertragen wird, wobei der Ladestrom über zumindest einen überwiegend, vorzugsweise vollständig, aus Alu- minium ausgebildeten Ab schnitt des Leiters übertragen wird. Zu den vorteilhaften Wirkungen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf die Vorteilsbeschreibung der erfindungsgemäßen Positioniereinheit verwiesen.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens ergeben sich aus den Merkmalsbeschreibungen der auf den Vorrichtungsanspruch 1 rückbezogenen Unteransprüche.
Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Seitenansicht der Positioniereinheit in einer Kontaktposition;
Fig. 2 eine perspektivische Seitenansicht der Positioniereinheit in einer Einfahrposition;
Fig. 3 eine perspektivische Teilansicht der Positioniereinheit in der Kontaktposition von vorne.
Eine Zusammenschau der Fig. 1 bis 3 zeigt eine Positioniereinheit 10 zur Ausbildung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen einer hier nicht gezeigten stationären Ladestation und einem hier ebenfalls nicht gezeigten elektrisch angetriebenen Fahrzeug, wobei mittel s der Positioniereinheit 10 vier elektrische Ladekontakte 1 1 einer Kontaktvorrichtung 12 der Positioniereinheit 10 relativ zu einer hier nicht dargestellten Ladekontaktfläche bewegbar und mit dieser kontaktierbar sind, wobei die Positioniereinheit 10 eine Gelenkarmvorrichtung 13 und eine Antriebvorrichtung 14 zum Antrieb der Gelenkarmvorrichtung 13 aufweist, wobei die Ladekontakte 1 1 mittels der Gelenkarmvorrichtung 13 zwischen einer Kontaktposition zur Stromübertragung, welche in der Fig. 1 gezeigt ist, und einer Einfahrposition zur Stromunterbrechung, welche in der Fig. 2 gezeigt ist, positionierbar ist.
Vorliegend weist die Gelenkarmvorrichtung 13 ein erstes Armglied 15 und ein gelenkig mit dem ersten Armglied 15 verbundenes zweites Armglied 16 auf, wobei das erste Armglied 15 als Einfacharm und das zweite Armglied 16 als Doppelarm ausgebildet ist, wobei die Kontaktvorrichtung 12 endseitig an dem zweiten Armglied 16 angeordnet ist. Weiter weist die Positioniereinheit 10 zwei zur Übertragung eines Ladestroms vorgesehene und im Wesentlichen an der Gelenkarmvorrichtung 13 angeordnete elektrische Leiter 17a, 17b auf, welche j eweils einerends an einem der Ladekontakte 1 1 angeschlossen und anderenends insbesondere an der Ladestation anschließbar sind. Jeder Leiter 17a, 17b weist einen ersten Ab schnitt 18a, 18b, von welchen aufgrund der Perspektive lediglich der erste Abschnitt 18a in den Figuren zu sehen ist, und einen zweiten Ab schnitt 19a, 19b sowie einen ersten weiteren Ab schnitt 20a, 20b auf, wobei der erste Ab schnitt 18a, 18b an dem ersten Armglied 15 und der zweite Ab schnitt 19a, 19b an dem zweiten Armglied 16 angeordnet i st, wobei der erste Abschnitt 18a und der zweite Abschnitt 19a bzw. der erste Ab schnitt 18b und der zweite Ab schnitt 19b in einem Gelenkbereich 21 der Gelenkarmvorrichtung 13 mittels des ersten weiteren Abschnitts 20a bzw. 20b elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Dabei sind die zweiten Abschnitte 19a, 19b an zwei abschnittsweise parallel zueinander verlaufenden Armen 22 des zweiten Armglieds 16 bzw. des Doppelarms angeordnet. Weiter weist j eder Leiter 17a, 17b einen hier nicht gezeigten zweiten weiteren Ab schnitt und einen hier ebenfalls nicht gezeigten dritten weiteren Ab schnitt auf, wobei der zweite weitere Ab schnitt den zweiten Ab schnitt 19a, 19b mit einem der Ladekontakte 1 1 elektrisch leitend verbindet, wobei der dritte weitere Ab schnitt einerends mit dem ersten Abschnitt 18a, 18b elektrisch leitend verbunden und anderenends insbesondere an der Ladestation anschließbar ist. Weiter sind die ersten Ab schnitte 18a, 18b und die zweiten Ab schnitte 19a, 19b j eweils als ein aus Aluminium ausgebildetes Profil ausgebildet, welches eine Querschnittsfläche von 400 mm2 aufweist und mit einer Pulverbeschichtung nach außen hin isoliert i st. Bei den drei weiteren Abschnitten 20a, 20b handelt es sich um aus Kupfer ausgebildete Rundlitzen. Ferner weist die Kontaktvorrichtung 12 zwei Ladekontaktträger 23 mit den daran angeordneten Ladekontakten 1 1 auf. Dabei sind die Ladekontakte 1 1 über ein Gestänge 24 der Kontaktvorrichtung 12 mit j eweils einer Verbindungsstange 25 zur Verbindung zweier Ladekontakte 1 1 und mit einer quer zu den Verbindungsstangen 25 angeordneten Trägerstange 26 zur Verbindung der Ladekontaktträger 23 miteinander verbunden.
Weiter weist die Positioniereinheit 10 einen Halterahmen 27 zur Befestigung der Positioniereinheit 10 insbesondere oberhalb des Fahrzeugs auf.

Claims

Patentansprüche Positioniereinheit ( 10) zur Ausbildung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen einer stationären Ladestation und einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug, insbesondere Elektrobus oder dergleichen, wobei mittels der Positioniereinheit ein elektrischer Ladekontakt ( 1 1 ) einer Kontaktvorrichtung ( 12) der Positioniereinheit relativ zu einer Ladekontaktfläche bewegbar und mit dieser kontaktierbar ist, wobei die Positioniereinheit eine Gelenkarmvorrichtung ( 13) und eine Antriebvorrichtung ( 14) zum Antrieb der Gelenkarmvorrichtung aufwei st, wobei der Ladekontakt mittel s der Gelenkarmvorrichtung zwischen einer Kontaktposition zur Stromübertragung und einer Einfahrposition zur Stromunterbrechung positionierbar ist, wobei die Positioniereinheit zumindest einen zur Übertragung eines Ladestroms vorgesehenen und im Wesentlichen an der Gelenkarmvorrichtung angeordneten elektrischen Leiter ( 17a, 17b) aufweist, welcher einerends an dem Ladekontakt angeschlossen und anderenends an der Ladestation oder an dem Fahrzeug anschließbar ist, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Leiter zumindest einen überwiegend, vorzugsweise vollständig, aus Aluminium ausgebildeten Ab schnitt ( 18a, 18b, 19a, 19b) aufweist. Positioniereinheit nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Leiter (17a, 17b) bezogen auf eine Länge des Leiters überwiegend aus Aluminium ausgebildet ist. Positioniereinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass eine Querschnittsfläche des Abschnitts (18a, 18b, 19a, 19b) 300 mm2 bis 500 mm2, vorzugsweise 400 mm2, beträgt. Positioniereinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Abschnitt (18a, 18b, 19a, 19b) als ein Profilteil, vorzugsweise als eine Schiene, ausgebildet ist. Positioniereinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Leiter (17a, 17b) in einem Bereich des Abschnitts (18a, 18b, 19a, 19b) eine, vorzugsweise durch eine Pulverbeschichtung ausgebildete, Isolation aufweist. Positioniereinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Leiter (17a, 17b) zumindest einen überwiegend, vorzugsweise vollständig, aus Kupfer ausgebildeten weiteren Abschnitt (20a, 20b) aufweist. Positioniereinheit nach Anspruch 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass eine Querschnittsfläche des weiteren Abschnitts (20a, 20b) 100 mm2 bis 150 mm2, vorzugsweise 120 mm2, beträgt. Positioniereinheit nach Anspruch 6 oder 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der weitere Abschnitt (20a, 20b) als eine Litze, vorzugsweise als eine Rundlitze, ausgebildet ist. Positioniereinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass über den Leiter (17a, 17b) ein Ladestrom von 800 A bis 1500 A, vorzugsweise von 1000 A bis 1200 A, übertragbar ist. Positioniereinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Positioniereinheit (10) eine Mehrzahl von gleichartigen Leitern (17a, 17b) aufweist. Positioniereinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Gelenkarmvorrichtung (13) als ein Einarmsystem oder als ein Scherensystem, vorzugsweise mit einer Parallelogrammführung, oder als ein Pantograph ausgebildet ist. Positioniereinheit zumindest nach Anspruch 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Gelenkarmvorrichtung (13) zumindest ein erstes Armglied
(15) und ein gelenkig mit dem ersten Armglied verbundenes zweites Armglied (16) aufweist, wobei der Leiter (17a, 17b) zwei überwiegend, vorzugsweise vollständig, aus Aluminium ausgebildete Abschnitte (18a, 18b, 19a, 19b) aufweist, wobei an dem ersten Armglied ein erster Abschnitt (18a, 18b) der zwei Abschnitte und an dem zweiten Armglied ein zweiter Abschnitt (19a, 19b) der zwei Abschnitte angeordnet ist, wobei die zwei Abschnitte in einem Gelenkbereich
(21) der Gelenkarmvorrichtung mittels des überwiegend, vorzugswei- se vollständig, aus Kupfer ausgebildeten weiteren Abschnitts (20a, 20b) des Leiters elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Positioniereinheit nach Anspruch 12, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Leiter (17a, 17b) drei überwiegend, vorzugsweise vollständig, aus Kupfer ausgebildete weitere Abschnitte (20a, 20b) aufweist, wobei ein erster weiterer Abschnitt (17a, 17b) der drei weiteren Abschnitte die zwei Abschnitte (18a, 18b, 19a, 19b) in dem Gelenkbereich elektrisch leitend miteinander verbindet, wobei ein zweiter weiterer Abschnitt der drei weiteren Abschnitte den zweiten Abschnitt mit dem Ladekontakt (11) elektrisch leitend verbindet, wobei ein mit dem ersten Abschnitt elektrisch leitend verbundener dritter weiterer Abschnitt der drei weiteren Abschnitte an der Ladestation oder an dem Fahrzeug anschließbar ist. Positioniereinheit nach Anspruch 12 oder 13, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass das erste Armglied (15) als Einfacharm und das zweite Armglied (16) als Doppelarm ausgebildet ist, wobei die Kontaktvorrichtung (12) endseitig an dem zweiten Armglied angeordnet ist. Positioniereinheit nach Anspruch 14, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Positioniereinheit (10) zwei Leiter (17a, 17b) aufweist, wobei an zwei zumindest abschnittsweise parallel zueinander verlaufenden Armen (22) des Doppelarms j eweils ein überwiegend, vorzugsweise vollständig, aus Aluminium ausgebildeter zweiter Abschnitt (19a, 19b) der Leiter angeordnet ist. Positioniereinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Antriebvorrichtung (14) einen Verstellantrieb zur Ausbildung einer auf die Gelenkarmvorrichtung (13) wirkenden Verstellkraft und eine mit dem Verstellantrieb mechanisch zusammenwirkende Federeinrichtung aufweist.
17. Positioniereinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Kontaktvorrichtung (12) zwei Ladekontaktträger (23) mit jeweils zumindest zwei daran angeordneten Ladekontakten (11) aufweist.
18. Positioniereinheit nach Anspruch 17, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Ladekontakte (11) über ein Gestänge (24) der Kontaktvorrichtung (12) mit zumindest jeweils einer Verbindungsstange (25) zur Verbindung zweier Ladekontakte und mit zumindest einer quer zu den Verbindungsstangen angeordneten Trägerstange (26) zur Verbindung der Ladekontaktträger (23) miteinander verbunden sind.
19. Positioniereinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Positioniereinheit (10) einen Halterahmen (27) zur Befestigung der Positioniereinheit oberhalb des Fahrzeugs aufweist. 0. Ladestation mit einem Mast, einem Ausleger oder einer Brücke und einer oberhalb eines Fahrzeugs daran angeordneten Positioniereinheit (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche. 1. Verfahren zur Ausbildung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen einer stationären Ladestation und einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug, insbesondere Elektrobus oder dergleichen, wobei mittels einer Positioniereinheit ( 10) ein elektrischer Ladekontakt ( 1 1 ) einer Kontaktvorrichtung ( 12) der Positioniereinheit relativ zu einer Ladekontaktfläche bewegt und mit dieser kontaktiert wird, wobei eine Gelenkarmvorrichtung ( 13) der Positioniereinheit von einer An- triebvorrichtung ( 14) der Positioniereinheit angetrieben wird, wobei der Ladekontakt mittels der Gelenkarmvorrichtung zwischen einer Kontaktposition zur Stromübertragung und einer Einfahrposition zur Stromunterbrechung positioniert wird, wobei in der Kontaktposition ein Ladestrom über zumindest einen im Wesentlichen an der Gelenk- armvorrichtung angeordneten elektrischen Leiter ( 17a, 17b) der Positioniereinheit, welcher einerends an dem Ladekontakt angeschlossen und anderenends an der Ladestation oder an dem Fahrzeug angeschlossen wird, übertragen wird, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Ladestrom über zumindest einen überwiegend, vorzugsweise vollständig, aus Aluminium ausgebildeten Abschnitt ( 18a, 18b, 19a, 19b) des Leiters übertragen wird.
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