DE102012012739A1 - Wechsel-Systeme für Elektro-Batterien, die zum Antrieb von Automobilen eingesetzt werden - Google Patents

Wechsel-Systeme für Elektro-Batterien, die zum Antrieb von Automobilen eingesetzt werden Download PDF

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Abstract

Die begrenzte Fahrstrecke von ca. 130–150 km, sowie die relativ lange Dauer der Aufladung von E-Batterien, die zum Antrieb von Automobilen eingesetzt werden, stellen für die zügige Einführung der E-Mobilität echte Hindernisse dar. Ein schneller Wechsel der E-Batterie würde diese gravierenden Nachteile ganz wesentlich kompensieren. Es wird – mit den eingereichten Vorschlägen – dargelegt, diesen Wechsel nach drei Versionen durchzuführen: 1. Teilautomatisiert 2. Automatisiert 3. Mobil wobei der Transport der E-Batterie innerhalb und außerhalb des Automobils – mittels eines fahrbaren Rahmengestells – über Schienen durchgeführt wird. Für Version 1 und 2 erfolgt der Austrag der E-Batterie seitlich, für Version 3 seitlich oder aus dem Heckteil des Automobils. Die passgenaue Verbindung der im Automobil und außerhalb des Fahrzeugs auf Zusatzaggregaten installierten Schienenstränge, über die der Transport der zu wechselnden E-Batterie erfolgt, wird durch einen konischen Zentrierdorn bzw. eine trichterförmige Aufnahmeeinheit, die mittig zwischen den jeweiligen Schienenstrangenden installiert sind, gewährleistet. Die exakte, ortsfeste Positionierung des Automobils erfolgt dabei für Version1 und2 automatisiert durch ein Klemmbalkensystem. Für die 3. Version kommt ein fahrbares Gerät zum Einsatz, das die über die Schienen im Automobil transportierte Batterie aufnimmt, sowie ihren An- und Abtransport zum und vom Automobil übernimmt. Der E-Batteriewechsel kann dabei auf variablen, ebenen Plätzen statt. Für alle drei Ablaufsysteme sind die entsprechend erforderlichen Hilfsaggregate sowie der zugehörige Daten- und Informationsfluss dargelegt. Abschließend werden Vorschläge für die finanzielle Abwicklung des E-Batteriewechsels vorgelegt.

Description

  • Einführung
  • Die gespeicherte elektrische Energie (eine Ladung), der zur Zeit zum Antrieb in Automobilen eingesetzten Elektro-Batterien (im Folgenden mit E-Batterie bezeichnet), ermöglicht – beim heutigen Stand der Batterie-Technik – Fahrt-Strecken von ca. max. 150 km.
  • Darüber hinaus stellt das Wiederaufladen dieser E-Batterien mit einem Zeitaufwand von mehreren Stunden sowohl für den Langstrecken-Dauerbetrieb (= Fahrt-Strecke > 1 Batterie-Ladung) als auch den mehrfach unterbrochenen, täglichen Kurzstreckenverkehr (wenn dabei der E-Energie-Verbrauch die Ladungskapazität einer E-Batterie überschreitet) keine wirtschaftliche Alternative zum Betrieb von Automobilen dar, die von Verbrennungsmotoren angetrieben werden und deren ununterbrochene Fahrt-Strecke mit einer Tankfüllung Treibstoff bis zu 600 km (und mehr) beträgt. Zu dem ist die flächendeckende Installation von Elektro-Ladesäulen – zur Gewährleistung eines problemlos funktionierenden Einsatzes und Betriebes von E-Batterien getriebenen Automobilen – eine kostspielige Angelegenheit.
  • Eine zusätzliche Reduzierung der Fahrt-Strecke mit einer E-Batterieladung tritt ein, wenn die für den Antrieb des Automobils eingesetzte elektrische Energie teilweise für die Heizung im Automobil genutzt wird, was sich besonders in der kalten Jahreszeit auswirkt.
  • Eine mögliche Alternative – um zumindest den Nachteil der relativ langen Ladezeiten von E-Batterien zu verkürzen – könnte die sog. Hochgeschwindigkeits-Aufladung (Fast Charge) darstellen. Dieses Aufladeverfahren beeinträchtigt jedoch (beim derzeitigen Stand der Batterie-Technik) wegen seiner hohen Materialbelastung die Lebensdauer der E-Batterie und stellt daher zurzeit keine sinnvolle technische Lösung für die Reduzierung der Ladezeiten von E-Batterien, die zum Antrieb von Automobilen eingesetzt werden, dar. (It. Fraunhofer-Institut für Produktions-Technik und Automatisierung).
  • Außerdem besteht die Gefahr, dass durch Schnell-Aufladungen hohe Schwankungen im Netz der Energie-Versorger auftreten können und dieses dadurch nicht stabil verbleibt.
  • Um diese vorbeschriebenen gravierenden Nachteile hinsichtlich reduzierter Fahrt-Strecke und begrenzter Nutzungs-Zeit von E-Batterie angetriebenen Automobilen weitestgehend auszugleichen, schlage ich vor, das Wechseln der E-Batterie im teil-automatisierten/automatisierten Ablauf durchzuführen.
  • Der Wechsel-Vorgang wird dabei in sogenannten Wechselstationen durchgeführt, entsprechend der Energie-Versorgung durch Betanken der von Verbrennungs-Motoren angetriebenen Automobile an den heutigen Tankstellen. Dabei sind E-Batterie-Wechselzeiten zu erwarten, die der heutigen zeitlichen Dauer für das Betanken von einem Verbrennungsmotoren angetriebenen Automobils annähernd entsprechen.
  • Selbst für den möglichen Fall, dass es in Zukunft gelingt die Speicherkapazität für die elektrische Ladung von E-Batterien zu erhöhen (wobei sich damit auch die Ladezeit verlängern dürfte) wird ein schneller Wechsel der zum Antrieb von Automobilen eingesetzten E-Batterien – sowohl für den Langstrecken-Dauerbetrieb, als auch für einen täglich sich summierenden Kurzstreckenbetrieb – die Voraussetzung sein für eine flächendeckende Einführung von Automobilen, die ausschließlich mittels E-Batterie angetrieben werden. Durch den automatisierten E-Batteriewechsel entfällt damit die Begrenzung der Benutzung von E-Batterie angetriebenen Automobilen im Vergleich mit Automobilen, die von Verbrennungsmotoren angetrieben werden, hinsichtlich Fahrt-Strecke und Nutzungs-Zeit.
  • Die Realisierung des teil-automatisierten/automatisierten Wechsels von E-Batterien, die zum Antrieb von Automobilen eingesetzt werden, ist dadurch gekennzeichnet, dass die technischen und organisatorischen Maßnahmen sowie die Informations-/Datenabläufe wie vorgeschlagen durchgeführt werden, inklusive der Maßnahmen und technischen Vorschläge die mit den Zusatzbemerkungen dargelegt sind.
  • Diese Systemabläufe sind Gegenstand der vorliegenden Anmeldung zur Erteilung eines Patentes.
  • Stand der Technik
  • Das Thema: „E-Batteriewechsel und zugehörige Station” wird in zahlreichen Patentschriften behandelt.
  • Die Idee, den Wechsel der E-Batterie durch den Fahrzeugboden vorzunehmen wird dabei in den verschiedensten Varianten beschrieben. Auch der seitliche Aus- bzw. Eintrag aus/in das Fahrzeug wird in vielen Arbeiten behandelt.
  • Darüber hinaus werden auch Verfahren beschrieben, mit denen die E-Batterie (oder gebündelte kleine E-Batterie-Einheiten) nach oben aus dem Fahrzeug entnommen bzw. von oben wieder eingesetzt werden.
  • Zur Kategorie der Vorschläge den Wechselvorgang der E-Batterie von unten durch den Fahrzeugboden durchzuführen zählt die Patentschrift DE 20 2011 003 345 U1 . Eine Einzelbatterie – wie auch gekoppelte Akkus – werden als Paket in entsprechender Aufnahme-Einrichtung unter das Fahrzeug transportiert, angehoben und im Fahrzeugboden verriegelt.
  • Auch nach Patentschrift DE 20 2008 011 762 U1 erfolgt der E-Batteriewechsel durch den Fahrzeugboden ebenso nach den Patentschriften DE 10 2011 100 781 A1 und DE 10 2009 053 358 A1 , wobei die Positionierung des Fahrzeugs zum E-Batteriewechsel mittels automatisch anstellbarer Spurführung und Schlepperkette erfolgt.
  • Mit der Patentschrift DE 10 2009 053 050 A1 wird über den Ausbau, Transport und den Wiedereinsatz einer E-Batterie durch den Fahrzeugboden mittels verfahrbarem Hubtisch informiert, wobei eine Kamera und ein Bildauswerteverfahren zum Einsatz kommen.
  • Weiterhin werden nach den Patentschriften:
  • Verfahren des E-Batteriewechsels durch den Fahrzeugboden behandelt.
  • Nach Patentschrift DE 10020573 A1 wird das Automobil, dessen E-Batterie gewechselt werden muss auf Säulen abgestellt, bevor der Wechsel durch den Fahrzeugboden erfolgt.
  • Allen diesen Vorschlägen bezüglich des Wechsels der E-Batterie durch den Boden des Fahrzeugs ist gemeinsam, dass Zusatzaggregate für den An- und Abtransport, sowie der Aufladung und Lagerung der E-Batterie aufgeführt werden.
  • Ein Problem stellt stets die exakte Positionierung des Automobils zum E-Batteriewechsel dar, dass auf verschiedenste Art versucht wird, gelöst zu werden. Ein weiteres Problem – das im Zusammenhang des E-Batteriewechsels durch den Fahrzeugboden auftritt – stellt die extreme Verschmutzung des Automobilunterbodens durch den Fahrbetrieb dar, wobei nur in einzelnen Fällen dazu eine Aussage gemacht wird.
  • Die Lösung dieses Problems ist auch nicht hinreichend angesprochen durch ein japanisches Patent „Retter Place”, bei dem auch Schlepperkette und Hubtisch für die Positionierung des Automobils zum Einsatz kommen, bevor der E-Batteriewechsel durch den Fahrzeugboden vorgenommen wird.
  • Der seitliche Aus- bzw. Eintrag der E-Batterie in das Fahrzeug wird mit der Gebrauchsmusterschrift DE 20 2011 004 219 U1 beschrieben. Darin wird vorgeschlagen mehrere entlang der beiden Längsseiten durch das Fahrzeug – den Fahrzeugachsen parallel verlaufende tunnelförmige Öffnungen – oberhalb des Fahrzeugbodens, einzubauen, in die mittels sog. Wechseleinheiten lanzettförmig ausgebildete E-Batterien aus- bzw. eingeschoben werden.
  • Auch hier tritt das Problem der exakten Positionierung des Fahrzeugs zum E-Batteriewechsel auf.
  • Weitere Vorschläge, bei denen der E-Batteriewechsel von einer Seite des Fahrzeugs vorgenommen wird – verbunden mit der Ausbildung von parallel zu den Achsen des Fahrzeugs verlaufenden schacht- oder tunnelförmigen Räumen, werden in folgenden Ausführungen behandelt. Patentschriften:
  • Mit Patentschrift DE 69425511 T2 wird z. B. der E-Batteriewechsel dadurch bewerkstelligt, dass die verbrauchte E-Batterie aus dem E-Batterieschacht durch die eingebrachte einsatzfähige E-Batterie ausgeschoben wird unter zu Hilfenahme einer Zahnstange auf der Austragsseite.
  • Der Austausch der E-Batterie nach oben wird beschrieben mit Patentschrift DE 20 2009 013 562 U1 . Dabei ist die E-Batterie über der Vorderachse des Fahrzeugs positioniert und wird – nach Öffnen der Haube – nach oben entnommen unter zu Hilfenahme einer Kamera, die die E-Batterieposition erkennt und den mechanischen Wechsel unterstützt.
  • Auch mit Patentschrift DE 10138480 B4 wird der Austausch der E-Batterie mit Hilfe von seitlich neben dem Fahrzeug postierten Zu-/Abfuhrtischen bewerkstelligt. Nach Patentschrift DE 20 2010 006 526 U1 werden zahlreiche kleine Akkus, die ebenfalls als Paket über der Vorderachse des Fahrzeugs platziert sind, per Hand gewechselt. Mit Patentschrift DE 10 2009 034 689 A1 wird der Wechsel der elektrischen Energievorhaltung im Fahrzeug mit kleinen Akku-Einheiten durchgeführt, wobei vorgeschlagen wird, dass der Fahrer des Automobils diese manuell wechselt.
  • I. Teilautomatisierter Wechsel der E-Batterie, die zum Antrieb in Automobilen eingesetzt wird (TAWEB)
  • – Systembeschreibung –
    • A. Installation technischer Einrichtungen innerhalb des Automobils
    • B. Installation technischer Einrichtungen außerhalb des Automobils
    • C. Detaillierte Beschreibung (in Stichworten) des organisatorischen Ablaufs, sowie des Informations- und Datenflusses
    • D. Anhang
  • A. Installation technischer Einrichtungen innerhalb des Automobils
  • 1. Lageposition der E-Batterie im Automobil
  • Die Positionierung der E-Batterie im Automobil ist vorzugsweise im Bereich hinter den Rücksitzen, oberhalb vor oder hinter der Hinterachse bzw. im hinteren Teil des Kofferraums (in Abhängigkeit des jeweiligen Automobiltyps) in einem tunnelförmigen Raum vorzusehen.
  • (s. Skizze 2)
  • Inn diesem tunnelförmigen Raum innerhalb des Automobils ist ein parallel verlaufendes Schienenpaar installiert, das auf der Bodenplatte des Automobils fest verlegt ist oder (z. B.) aufgestelzt auf ihr angeordnet ist.
  • Diese Schienen sind vorzugsweise in Winkelform ausgeführt, mit nach unten zeigender Winkelöffnung und erstrecken sich innerhalb des Automobils auf der Beifahrerseite bis zur Karosserie-Innenwand. Die installierten winkelförmigen Schienen verlaufen dabei parallel zur Hinterachse des Automobils.
  • Auf diesen Schienen ist ein sog. verfahrbahres Rahmengestell installiert, an dessen Unterseite profilierte Räder in der Spurweite der Schienen angebracht sind.
  • Die Profilierung der Räder (in ihrer Lauffläche) ist der Winkelform der Schienen angepasst. Dieses Rahmengestell, in das die E-Batterie eingesetzt ist, dient dieser als Transportmittel.
  • Die Bewegung des mit profilierten Rädern versehenen Rahmengestells erfolgt mittels Elektromotor und zugehörigem Getriebe. Diese Antriebselemente sind „fahrerseitig” an das Rahmengestell montiert.
  • (s. Skizze 3)
  • Das Rahmengestell – mit der darin postierten E-Batterie – ist in seiner Form derart konstruiert, dass es in seiner Endlage (Position während des Fahrbetriebes) mittels Klemmvorrichtung (hydraulisch/elektromotorisch) auf den Schienen fixiert ist.
  • 2. E-Batterie-Entnahme-Öffnung
  • Die mit der Bodenplatte des Automobils verbundenen Schienen erstrecken sich (parallel zur Hinterachse verlaufend) auf der Beifahrerseite des Automobils bis unmittelbar vor die Innenwand der Fahrzeugkarosserie.
  • In die Karosserie ist – entsprechend der Lageposition des Rahmengestells (mit der eingesetzten E-Batterie) innerhalb des Automobils auf den Schienen – auf der Beifahrerseite – eine verschließbare Öffnung eingelassen, die einen Austrag des Rahmengestells (mit eingesetzter E-Batterie) seitlich aus dem Automobil gestattet.
  • Die Öffnung ist in die Gestaltung der jeweiligen Automobilkarosserie integriert. Grolle und Form der Öffnung hängen dabei von der im jeweiligen Automobiltyp eingesetzten E-Batterie und ihrer Lage im Automobil ab.
  • Die Öffnung ist verschließbar und per Funktionsdaten vom Fahrer zu öffnen und zu schließen (ähnlich dem Tankverschluss bei Automobilen, die von Verbrennungsmotoren angetrieben werden), z. B. durch Aufklappen nach oben oder zur Seite. Die Öffnungsklappe ist dabei mit eigenem Funktionsantrieb versehen.
  • Die beiden Schienen, die auf der Beifahrerseite unmittelbar vor der Innenwand der Abdeckung der Karosserieöffnung enden, sind an ihren Enden durch eine sog. Frontleiste verbunden, die ebenfalls durch die Abdeckung der Karosserieöffnung (im geschlossenen Zustand) abgedeckt und in deren geöffneten Zustand freigelegt wird.
  • Mittig zwischen den beiden Schienenenden, ist an der Frontleiste (mit der Verjüngung zum Automobilinneren hinzeigend) eine runde konisch zulaufende Aufnahmeeinheit angebracht, deren vorderer = größter Durchmesser in der Ebene der Frontleiste liegt und an dieser befestigt ist. Dabei ist die Aufnahmeeinheit mit ihrem größten Durchmesser (in der Ebene der Frontleiste), unterhalb der Schienenoberkante angeordnet.
  • (s. Skizze 4)
  • Die Länge der zum Automobilinneren trichterförmig zulaufenden Aufnahmeeinheit beträgt ca. 5–10 cm, wobei diese Länge variabel ist.
  • Die Funktion dieser Aufnahmeeinheit wird später erläutert.
  • B. Installation technischer Anlagen außerhalb des Automobils
  • Vorbemerkungen
  • Grundsätzlich folgt das mit vorliegendem Antrag auf Patentierung beschriebenen teil-automatisierte Wechselsystem von E-Batterien, die zum Antrieb von Automobilen eingesetzt werden, dem zur Zeit üblichen Betankungsablauf von Automobilen, die von Verbrennungsmotoren angetrieben werden:
  • Das Automobil wird als Einzelfahrzeug an die Betankungsanlagen gefahren, es erfolgt das Betanken.
  • Das Betanken des Automobils wird (in der Regel) durch den Fahrer vorgenommen, der zu diesem Zweck aus dem Automobil aussteigt, den Tankverschluss öffnet, den Rüssel der Brennstoffzufuhrleitung (per Hand) in die Tanköffnung einführt und das Betanken startet. Anschließend erfolgt die Weiterfahrt.
  • Das Betanken stellt dabei eine relativ kurzfristige Unterbrechung des Fahrbetriebes dar und erfolgt im Serienablauf.
  • Diesem vorbeschriebenem Ablaufverfahren folgt im Grundsatz das vorgeschlagene teil-automatisierte Wechselsystem für E-Batterien, die zum Antrieb von Automobilen eingesetzt werden, wobei den speziellen Unterschieden hinsichtlich der Energieform (flüssiger Brennstoff bzw. elektrische Ladung), die zum Antrieb der Automobile eingesetzt wird und den sich daraus ergebenen technischen Abläufen, Rechnung getragen wird.
  • 1. Informationssäule
  • Um den teilautomatisierten E-Batteriewechselablauf durchführen zu können, ist ein entsprechender Informationsfluss der relevanten Daten notwendig. Zu diesem Zweck passiert das Automobil – vor Zufahrt zur Wechselstation (diese wird später beschrieben) – eine Informationssäule (Info-Säule). In dieser Säule ist ein elektronisches Lesegerät installiert, das Daten, die auf einer Karte (sog. Car-Chip) gespeichert sind, aufnimmt und über eine Daten-Verarbeitungsanlage für die Steuerung der im Folgenden beschriebenen technischen Abläufe des E-Batteriewechsels zur Verfügung stellt.
  • Auf diesem Car-Chip – im Format der zurzeit im Gebrauch üblichen Plastikkarten (z. B. EC-, Master-, VISA Card) – sind u. a. nachfolgende Daten hinterlegt.
  • Daten:
    • a) Automobil-Typ
    • b) Automobil-Hersteller
    • c) Datum der Erstzulassung
    • d) E-Batterie-Typ installiert bei Erst-Zulassung des Automobils
    • e) Herstellungs-Datum der E-Batterie
    • f) Serien-Nummer der eingesetzten E-Batterie
    • g) Distanz-Wert-(I)Horizontal
    • h) Distanz-Wert-(II)Vertikal
    • i) Spurweite der im Automobil installierten Schienen
  • Die Beschreibung der Distanz-Werte-(I) und -(II) und ihre Bedeutung für den E-Batteriewechsel wird später erläutert.
  • 2. Fahrbahn-Bodenplatte
  • Nach dem Passieren der Info-Säule wird das Automobil auf eine rechteckige Bodenplatte gefahren. Die Bodenplatte, die in der Fahrbahn eingelassen ist, ist Teil der Fahrbahn und liegt mit ihrer Oberfläche auf demselben Niveau wie die Fahrbahn-Oberfläche (= Null-Niveau). Auf dieser ebenen Bodenplatte ist ein Bereich markiert, innerhalb dem der Fahrer das Automobil zum E-Batteriewechsel abstellt. Auf der Bodenplatte sind – quer (= senkrecht) zur Auffahrt-Richtung – zwei sog. Klemmbalken installiert, je ein Klemmbalken vor und ein Klemmbalken hinter dem markierten Bereich.
  • Die Klemmbalken sind unabhängig von einander – bei paralleler Ausrichtung – (in Fahrtrichtung/gegen die Fahrtrichtung) aufeinander zu bzw. voneinander weg zu bewegen. In ihrer Ausgangsposition (d. h. größtem Abstand voneinander) sind sie versenkbar in der Bodenplatte installiert und haben mit der Oberfläche der Bodenplatte dasselbe Niveau.
  • Die Ausgangsposition der Klemmbalken – in versenktem Zustand – (bzgl. Ihres Abstandes zueinander) ist dabei so groß bemessen, dass der größte Radabstand zwischen Vorder- und Hinterräder der auffahrenden Automobile der verschiedensten Typen sicher mit diesen Ausgangspositionen überdeckt wird. Die Bewegungen der Klemmbalken werden durch hydraulisch/elektromotorisch arbeitende Antriebs- und Steueraggregate bewirkt.
  • Um die E-Batterien – entsprechend dem hier beschriebenen Systemablauf – zu wechseln, ist es notwendig, den Mittelpunkt (M) der im Automobil installierten trichterförmigen Aufnahme-Einheit in einer definierten Lage-Position zu positionieren; z. B. auf der Mittelachse zwischen den beiden Schmalseiten (= Kopfseiten) der Bodenplatte, die senkrecht zur Fahrtrichtung durch den Mittelpunkt der Bodenplatte verläuft.
  • 3. Definition der Distanz-Werte-(I) und -(II)
  • s. Skizze: 5
    • a) Der Distanz-Wert-(I)Horizontal ist als der Abstand zwischen dem Mittelpunkt (M) der trichterförmigen Aufnahmeeinheit, die im Bereich der Karosserie-Öffnung mittig zwischen den im Automobil installierten Schienen an deren Frontleiste (= Schienen-Enden) montiert ist und der senkrecht verlaufenden Begrenzungskante des hinteren Klemmbalkens – nach dem Verklemmen des Automobils mittels vorderem und hinterem Klemmbalken – definiert.
    • b) Der Distanz-Wert-(II)Vertikal ist als der senkrechte Abstand zwischen dem Mittelpunkt (M) der trichterförmigen Aufnahmeeinheit, die zwischen den Schienen-Enden – der im Automobil installierten Schienen – an deren Frontleiste montiert ist und der Oberfläche der ebenen Bodenplatte auf der das Automobil zum E-Batterie-Wechsel abgestellt ist, definiert. Damit sind zwei Koordinatenwerte für die Position des Mittelpunktes (M) der trichterförmigen Aufnahmeeinheit festgelegt. Es sind dabei folgende Voraussetzungen bzw. Bedingungen zu beachten: Die Distanz-Werte(I) und (II) werden für Neu-Automobile (jeweils für die einzelnen Automobil-Typen) vom Hersteller gemessen. Diese Vermessung findet unter „Ideal” Bedingungen statt.
    • a) Mit neuer Bereifung
    • b) Mit vom Hersteller vorgeschriebenem Luftdruck für Vorder- bzw. Hinterräder des Automobils
    • c) Ohne Personen- und Sachbeladung des Automobils
    • d) Eine weitere Voraussetzung bzw. Bedingung ist, dass die Klemmbalken (bzgl. Form und Abmessung), die der Automobil-Hersteller für die Ermittlung der Distanz-Werte-(I) und -(II) benutzt, die gleichen sind, die beim E-Batteriewechsel in den E-Batterie-Wechselstationen zum Einsatz kommen, was praktisch einer Normung der Klemmbalken entspricht.
  • 4. Die Funktionslinie
  • Der Schnittpunkt der mittigen Längsachsen-Linie mit der mittigen Querachsen-Linie der Bodenplatte, auf der das Automobil abgestellt wird, die senkrecht aufeinander zu verlaufen, ist der Mittelpunkt der Bodenplatte. Die mittig verlaufende Querachsen-Linie der Bodenplatte ist dabei die Bezugslinie bzw. die Funktionslinie auf der der E-Batteriewechsel stattfindet. Dazu wird der Mittelpunkt (M) der trichterförmigen Aufnahmeeinheit, die im Automobil installiert ist, über der mittigen Querachsen-Linie positioniert. Die Bewegung des Automobils von seiner Abstellposition (im markierten Bereich) auf der Bodenplatte in die sog. E.-Batterie-Wechselposition erfolgt mittels der Klemmbalken.
  • Im Bewegungsablauf der Klemmbalken ist die Positionslage der durch den Mittelpunkt der Bodenplatte verlaufenden Mitte-Querachsen-Linie als Bezugslinie abgespeichert.
  • Für die exakte Positionierung der trichterförmigen Aufnahmeeinheit, die im Automobil installiert ist, führen die Bremsbalken nachfolgende Bewegungen aus:
  • Durch den Startbefehl (der gesamte Wechselablauf wird später detailliert beschrieben) für den E-Batteriewechsel aktiviert, richten sich die beiden Klemmbalken aus ihrer Versenk-Lage auf. Während der vor dem Automobil befindliche Klemmbalken zunächst in der Ausgangsposition verbleibt, bewegt sich der auf der Rückseite befindliche Klemmbalken auf das Automobil zu und stoppt seine Bewegung, sobald sich der Distanz-Wert-(I)Horizontal zwischen der Bezugslinie (= der durch den Mittelpunkt der Bodenplatte verlaufenden Querachsen-Linie) und der senkrecht verlaufenden Hinterkante des Klemmbalkens eingestellt hat und verbleibt in dieser Position. Anschließend bewegt sich der vordere Klemmbalken auf das Automobil zu, bis Kontakt zwischen dem hinteren und dem vorderen Klemmbalken sowie den vier Rädern des Automobils hergestellt ist. Danach wird zwischen den beiden Klemmbalken ein definierter Anpressdruck aufgebaut, wobei dieser Anpressdruck nur durch den vorderen Klemmbalken erzeugt wird, während der hintere Klemmbalken in der einmal eingenommen Position verbleibt. Dadurch wird das Automobil in Position gehalten und damit gleichzeitig der Mittelpunkt (M) der trichterförmig ausgebildeten Aufnahmeeinheit über der Bezugslinie, d. h. über der Funktionslinie für den E-Batteriewechsel.
  • (s. Skizze 5)
  • Damit das Automobil von den Klemmbalken auf der Bodenplatte bewegt werden kann, sind sein Bremsen zu lösen und das Automobil „gangfrei” zu schalten. Eine weitere Vorbereitung für den E-Batteriewechsel, die automobilsseitig zu treffen ist, ist das Öffnen der Karosserie-Öffnung.
  • 5. Weitere installierte technische Einrichtungen für den teil-automatisierte E-Batteriewechsel von Automobilen
  • Das Automobil ist für den E-Batteriewechsel mittels der Klemmbalken in die vorgesehene Position bewegt worden und wird von diesen in der eingenommenen Position gehalten.
  • Der Mittelpunkt (M) der trichterförmigen Aufnahmeeinheit ist damit in der Distanz(II)Vertikal über der Oberfläche der ebenen Bodenplatte (= Null-Niveau) positioniert.
  • Auf diesen Mittelpunkt (M) zu verläuft als Parallele zur Mitten-Quer-Achsen-Linie der Bodenplatte – im Abstand von Distanz (II) Vertikal – die Funktionslinie, auf der der E-Batteriewechsel abläuft.
  • In der Flucht der Funktionslinie ist seitlich (auf der Beifahrerseite des abgestellten Automobils) – senkrecht auf die Bodenplatte zu verlaufend – ein Fundament für eine Plattform verlegt.
  • (s. Skizze 6 und Übersichtsskizze 1)
  • Auf diesem Fundament ist ein Schienenstrang (I) installiert. Die parallel – verlaufenden Schienen sind vorzugsweise in Winkelform ausgeführt, wobei die Winkelöffnung nach unten (Richtung Fundament) zeigt.
  • Auf diesen Schienen (I) ist eine horizontal – in Richtung der Schienen (I) – verlaufende, ebene Plattform installiert, an deren Unterseite profilierte Räder, im Abstand der Spurweite des Schienen(I)-Stranges angebracht sind. Die Mittelachse des Schienen (I)-Stranges verläuft in der senkrecht zur Funktionslinie verlaufenden Funktionsebene.
  • Bewegt wird diese ebene Plattform auf dem Schienen(I)-Strang mittels Elektromotor und einem zugehörigen Getriebe. Das Getriebe gestattet auch die Bewegung der ebenen Plattform im Schleichgang vorzunehmen. Auf dieser verfahrbaren, ebenen Plattform ist eine ebene heb- und absenkbar Grundplatte angeordnet. Das Höhenniveau der Grundplatte über der Plattform wird dabei mittels hydraulisch/elektromotorisch wirkender Antriebs- und Steuer-Aggregaten eingestellt. Die Länge der ebenen Grundplatte erstreckt sich – in Richtung Automobil – über die Länge des Schienen(I)-Stranges hinaus.
  • Auf dieser ebenen Grundplatte ist ein zweiter Schienen(II)-Strang installiert, dessen Mittelachse in der Funktionslinie liegt.
  • Die parallel-verlaufenden Schienen (II) sind ebenfalls vorzugsweise in Winkelform ausgebildet und mit der Winkelöffnung nach unten (Richtung Grundplatte) installiert. Der Schienen(II)-Strang verläuft über die gesamte Länge der heb- und absenkbaren Grundplatte. Die Spurweite des Schienen(II)-Stranges, der auf der Grundplatte installiert ist, ist variierbar mittels hydraulisch/elektromotorisch arbeitenden Bewegungs- bzw. Steuer-Aggregaten.
  • (s. Skizze 6)
  • Vorzugsweise sollte die Fundamentierung der Plattform, auf der die hebe- und absenkbare Grundplatte montiert ist mit der Fundamentierung der Bodenplatte, auf der das Automobil abgestellt ist, im Verbund – als eine zusammenhängende Einheit – erstellt werden um Höhen Veränderungen der Fundamente durch Erdboden-Senkungen zu vermeiden.
  • Beim E-Batterie-Wechsel liegt die Mitten-Achse des Schienen(II)-Stranges in der Funktionslinie, d. h. sie liegt mit dem Abstand: Distanz-Wert-(II)Vertikal über der Bodenplatte (= Null-Niveau), auf der das Automobil abgestellt ist. Damit liegt sie im selben Abstand über der Bodenplatte wie der Mittelpunkt (M) der trichterförmig ausgebildeten Aufnahmeeinheit, die im Automobil installiert ist.
  • Die Schienen (II) sind auf der ebenen Grundplatte bis zu deren stirnseitigem Ende (vom abgestellten Automobil aus betrachtet) angeordnet, wobei eine Frontleiste den Abschluss bildet.
  • 5.1 Konischer Zentrier-Dorn
  • An diese Frontleiste ist – mittig zwischen den Schienen(II)-Enden (in Richtung abgestelltem Automobil zeigend) ein konusförmig ausgebildeter Zentrier-Dorn (Länge: ca. 5–10 cm) angebracht, der mit seiner Mitten-Achse in der Funktionslinie für den E-Batterie-Wechsel liegt. Die Oberkante dieses Zentrier-Dorns an seiner Basis liegt dabei unterhalb der winklig ausgebildeten Schienen(II)-Oberkante. Die Mittelachse des konusförmig ausgebildeten Zentrier-Dorns, der an der Stirnseite der ebenen Grundplatte zwischen den Schienen(II)-Enden installiert ist, liegt somit ebenfalls in der Funktionslinie (wie die Mittelachse des Schienen(II)-Stranges) und damit in Linie mit diesem.
  • (s. Skizze 7)
  • 5.2 Transporteinrichtungen, E-Batterie-Abstellplätze und -Bevorratungslager
  • Seitlich (sowohl links wie rechts) der Schienen(II)-Strecke, die auf der heb- und versenkbaren Grundplatte installiert ist, ist je ein elektromotorisch betriebenes Plattenband (im Parallel-Verlauf mit der Schienen(II)-Strecke) installiert, die sich etwa bis zur Mitte der Schienen(II)-Strecke erstrecken.
  • (s. Skizze 8)
  • Während ein Plattenband als Zulieferband fungiert, auf dem die aufgeladene E-Batterie angeliefert wird, dient das andere Plattenband als Abtransportband für „leere” E-Batterien.
  • Die beiden Plattenbänder verbinden die E-Batterie-Wechselstation mit dem Lager für aufgeladene E-Batterien bzw. mit einer Werkstatt für die Wiederaufladung und Überprüfung der „leeren” Batterien.
  • Die „leere” E-Batterie – eingesetzt in das verfahrbare Rahmengestell – das über die Schienen (II) antransportiert wird (der komplette Wechselablauf der E-Batterien wird weiter hinten detailliert beschrieben) wird nach Entnahme aus dem Rahmengestell mittels des Abtransportbandes in die Werkstatt-Abt. der E-Batterie-Wechselstation transportiert. Dort erfolgt eine Zustands-Überprüfung der E-Batterie (auch anhand der zur Verfügung gestellten Info-Daten), eventuell notwendige Reparaturen, sowie die Wiederaufladung der E-Batterie.
  • Die einsatzfertige E-Batterie wird nach Fertigstellung in der Werkstatt mit einem Anhänger versehen, der u. a. folgende Daten bzw. Informationen enthält:
    E-Batterie: Typ, Seriennummer, Hersteller, Herstellungsdatum, Aufladedatum, Name, Adresse und Telefonnummer der E-Batteriewechselstation und Name des Bearbeiters
  • Anschließend wird die „gebrauchsfertige” aufgeladene E-Batterie dem E-Batterie-Bevorratungslager angeliefert.
  • Um Zeit, Raum und Personalkosten zu sparen, ist dieses Lager in Form eines Hochregal-Lagers zu führen, d. h. dort erfolgt die programmierte Einlagerung der verschiedenen E-Batterien per computergesteuerte Einlagerungs-Einrichtung (Roboter). Ebenso erfolgt mit Hilfe dieser Einrichtung auch die Entnahme der an der Wechselstation benötigten aufgeladenen E-Batterie aus dem Lager.
  • Sowohl auf dem Zuliefer- als auch auf dem Abtransport-Band sind definierte Ablagepositionen für die E-Batterien vorgesehen.
  • Nach Entnahme der benötigten E-Batterie durch die Einlagerungs- bzw. Entnahme-Vorrichtung wird die E-Batterie auf einen definierten Platz des Zulieferungs-Transportbandes abgesetzt und von diesen zum Batterie-Austausch an die Grundplatte (auf der die Schienen (II) installiert sind) transportiert.
  • Auf dem Weg dorthin erfolgt – an einer Haltestation – die letzte Überprüfung der elektrischen Ladung der E-Batterie.
  • Der Transport der E-Batterie – mittels des Zulieferbandes – endet an einer festgelegten Stelle neben der Grundplatte, so dass die aufgeladene E-Batterie eine definierte Position am Ende des Transports bzw. bei Stillstand des Zuliefer-Transportbandes einnimmt.
  • Dieser definierten Position, die die E-Batterie auf dem Zuliefer-Transportband einnimmt – nach Beendigung des An-Transports und Stillstand des An-Transportbandes – entspricht eine exakt gleiche Position auf dem Ab-Transportband als Abstellposition für „leere” E-Batterien.
  • 5.3 „Greifer”-System
  • Zwischen den beiden Transportbändern – im Parallelverlauf – ist die heb- und absenkbare Grundplatte, auf der die Schienen (II) installiert sind, positioniert.
  • Auch auf dem Schienen(II)-Strang ist eine definierte Stopp-Position für die antransportierten „leeren” E-Batterien, sowie für die Start-Position der aufgeladenen E-Batterien festgelegt. Diese Position liegt im Schnittpunkt der Verbindungslinie, die die beiden definierten Endpositionen der E-Batterie auf den beiden Transportbändern verbindet mit der Mitten-Achslinie (Funktionslinie) des Schienen(II)-Stranges.
  • (s. Skizze 8)
  • Über den Positionierungs-Endpunkten auf dem Zulieferband und dem Abtransportband und damit auch über dem Schnittpunkt ihrer Verbindungslinie mit der Mittelachse (= Funktionslinie) des Schienen(II)-Stranges ist eine Transporteinheit in Form einer auf Schienen (III) verfahrbaren Rahmenkonstruktion errichtet, an der eine senkrecht auf und ab verfahrbare Säule installiert ist, an deren unterem Ende eine Aufnahmevorrichtung (z. B. in Form eines Greifers) angebracht ist. Die senkrecht auf und ab verfahrbare Säule, die an der horizontal verfahrbaren Rahmenkonstruktion montiert ist (und mit ihr die installierte Greifvorrichtung) werden auf dem festgelegten Fahrweg zwischen den E-Batterie-Abstellplätzen auf den beiden Transportbändern mittels E-Motor und entsprechendem Getriebe hin und her bewegt. Die programmierte Steuerung der Bewegungsabläufe der Greifer-Konstruktion ist so ausgelegt, dass – nachdem das fahrbare Rahmengestell mit der eingesetzten leeren E-Batterie die Endposition auf dem Schienen (II) erreicht hat – mittels Greifer die leere E-Batterie aus dem Rahmengestell entnommen und auf dem Abfuhr-Transportband abgesetzt wird. Anschließend erfolgt – per Greifer – das Umsetzen der auf dem Zuliefer-Transportband bereit stehenden aufgeladenen E-Batterie in das fahrbare Rahmengestell auf den Schienen (II). Danach wird das fahrbare Rahmengestell mit der eingesetzten aufgeladenen E-Batterie über die Schienen (II) in Richtung Automobil in Bewegung gesetzt.
  • Die Bewegungen und Steuerungen der Greifer-Konstruktion werden durch hydraulisch/elektromotorisch arbeitende Antriebs- und Steueraggregate bewirkt.
  • Die Schienen (III) sind vorzugsweise in Winkelform auszuführen, und mit der Winkelöffnung nach unten installiert.
  • 6. Zusatzbemerkungen:
    • 1) Die vom Automobilhersteller ermittelten Werte für Distanz(I)-Horizontal und Distanz(II)-Vertikal werden als notwendige Informationen für die exakte Positionierung des Automobils auf der Bodenplatte – zum Zweck des E-Batteriewechsels – benötigt. Dabei werden diese Distanzwerte vom Automobilhersteller unter „Ideal”-Bedingungen (siehe I B 3.) gemessen. a) Neuwagen b) Neubereifung (Vorgeschriebener Luftdruck der Bereifung) c) ohne Personen und Sachzuladung
  • Im realen Fahrbetrieb entstehen jedoch durch Reifenabrieb, Zuladung, abweichenden Luftdruck der Räder (von den vom Hersteller des Automobils vorgeschriebenen Werten) Abweichungen, die Korrekturen erforderlich machen.
    • 2) Der seitliche Austrag der E-Batterie aus dem Automobil zum Zweck des Wechselns wird – entsprechend der vorliegenden Systembeschreibung – auf der Beifahrerseite des Automobils vorgenommen.
  • Die technischen Abläufe des Wechsels liegen dabei in einer Funktionsebene, die senkrecht auf die Auffahrt-Richtung des Automobils auf der Bodenplatte zu verläuft.
    • 3) Im Bereich, der durch den rechteckigen Verlauf der Linien „Auffahrlinie” und „Funktionslinie” zueinander gebildet wird, ist die Beobachtung und Überwachung der technischen Abläufe gegeben. In diesem Bereich kann vorzugsweise ein Steuerstand installiert werden, von dem aus der E-Batteriewechsel gestartet wird.
  • (s. Skizze 1)
  • Außerdem können von diesem Platz aus die Positionierungs-Bewegungen des Zentrier-Dorns (z. B. optisch, graphisch per Display, akustisch usw.) überwacht werden, sowie notwendige Korrekturbewegungen vorgenommen werden, z. B. Änderungen der Automobilposition in horizontaler Richtung mittels Aktivierung des Klemmbalken-Systems oder vertikale Korrekturbewegungen der Grundplatte mit dem darauf montierten Schienen (II) Strang durch Aktivieren der auf der verfahrbaren Plattform installierten Aggregate für das Anheben bzw. Absenken der Grundplatte.
  • C. Beschreibung des technischen Ablaufs sowie des Informations- und Datenflusses (in Stichworten)
    • 1. Das Automobil, dessen E-Batterie gewechselt werden muss, stoppt an der Infosäule.
    • 2. Der Fahrer steckt den Car-Chip. Das Lesegerät liest die auf dem Car-Chip abgelegten Daten und Informationen und sendet diese zur Daten-Verarbeitungsstelle der E-Batterie-Wechselstation. In der Daten-Verarbeitungsstelle sind die im E-Batterie-Lager gelagerten einsatzfähigen E-Batterietypen gespeichert. Für den Fall, dass der benötigte E-Batterie-Typ nicht auf dem Lager vorhanden ist, leuchtet an der Infosäule eine rote Ampel auf, die den Fahrer darüber informiert, dass ein E-Batteriewechsel an dieser E-Batteriewechsel-Station für ihn nicht erfolgen kann.
  • Gleichzeitig wird dem Fahrer auf einem Sichtfeld die Adresse der nächstgelegenen Wechselstation angezeigt, die den benötigten E-Batterie-Typ in ihrem Lager hat.
  • Der Fahrer verlässt die E-Batterie-Wechselstation und wird per Navigation zu der angezeigten Wechselstation geleitet.
  • Mit dem Aufleuchten der grünen Ampel wird der Fahrer darüber informiert, dass ein E-Batteriewechsel erfolgen kann.
    • 3. Der Fahrer erhält nach dem Stecken des Car-Chips von der Infosäule einen Ausdruck auf dem folgende Daten vermerkt sind: a) Eine Ifd. Nummer (fortlaufend z. B. pro Tag) b) Angabe des Datums c) Uhrzeit des Steckens des Car-Chips d) Name und Adresse der E-Batterie-Wechselstation e) Telefon- bzw. Handynummer der E-Batterie-Wechselstation
  • Sämtliche Informationen, die von der Daten-Verarbeitungsstelle an die verschiedenen Funktions-Systeme (z. B. Klemmbalken-System, Hub- und Senksystem der Grundplatte, E-Batterie-Lager usw.) übermittelt werden, sind mit der Ifd. Nummer versehen und an sie gebunden.
    • 4. Nach Einführen des Car-Chips in die Info-Säule gibt die Stoppschranke die Auffahrt auf die Bodenplatte frei, nachdem die Information: „Klemm-Balken in versenkter Endposition” der Daten-Verarbeitungsstelle vorgelegen hat.
    • 5. Der Fahrer stellt das Automobil im markierten Bereich der Bodenplatte ab.
    • 6. Von der Daten- Verarbeitungsstelle werden folgende Daten übermittelt: a) An das Klemm-Balken-System: der Distanz(I)-Horizontal-Wert. b) An das Hub/Senk-System der ebenen Plattform, das das Höhen-Niveau der Grundplatte mit den darauf installierten Schienen (II) steuert: der Distanz(II)-Vertikal-Wert. c) An das System zur Verstellung der Spur-Weite der Schienen (II), die auf der Grundplatte montiert sind: die Spur-Weite der im Automobil installierten Schienen.
    • 7. Der Fahrer aktiviert (z. B. per Knopfdruck) das Öffnen der Karosserie-Öffnung auf der Beifahrer-Seite seines Automobils. Anschließend löst er mit einem weiteren Kommando die Arretierung des fahrbaren Rahmengestells (mit eingesetzter E-Batterie) im Automobil.
    • 8. Der Fahrer löst die Bremsen des abgestellten Automobils und schaltet es „gangfrei”.
    • 9. Der Fahrer verlässt das Automobil und begibt sich zum Steuerstand.
    • 10. Nachdem auf dem Display im Steuerstand die Freigabe der Anlage für den nächsten Wechselvorgang angezeigt worden ist und anschließend die laufende Nummer (für den nächsten E-Batteriewechsel) auf dem Display erscheint, wird damit der Fahrer darüber informiert, dass sein E-Batteriewechsel folgt. Der Fahrer startet (z. B. per Knopfdruck) den Batteriewechsel-Ablauf.
    • 11. Der Zugang zum Bereich der Fahrbahn, in dem die Bodenplatte installiert ist (auf der das Automobil abgestellt ist) wird durch das Herablassen von je einer Schranke – vor und hinter dem Automobil – die seitlich an der Fahrbahn aufgestellt sind, für Personen (während des E-Batteriewechsels) gesperrt.
    • 12. Anschließend werden gleichzeitig das Klemm-Balken-System, das Hub/Senk-System auf der verfahrbaren Plattform und das System zur Spurweiten-Verstellung aktiviert. Das Automobil (und damit der Mittelpunkt (M) der im Automobil installierten trichterförmig ausgebildeten Aufnahmeeinheit) wird mittels der Klemmbalken in die Wechselposition bewegt. Die Höhen-Niveaueinstellung der Mittelachse des Schienen(II)-Stranges und damit die Mittelachse des konisch ausgebildeten Zentrierdorns wird mit dem Distanz(II)-Vertikal-Wert in die Funktionslinie bewegt. Die Spurweite der Schienen (II) – installiert auf der Grundplatte – wird auf die Spurweite der im Automobil installierten Schienen eingestellt.
    • 13. Sobald die vor-beschriebenen Positionierungen abgeschlossen sind, wird die Grundplatte (mit den darauf installierten Schienen (II) und dem an ihrer Stirnleiste angebrachten konusförmigen Zentrierdorn) mittels der verfahrbaren ebenen Plattform, auf der die Grundplatte heb- und absenkbar montiert ist, automatisch auf das Automobil zu bewegt. Dabei überkragt die Grundplatte die verfahrbare Plattform derart, dass jede Abstell-Position des durch die Klemm-Balken arretierten Automobils auf der markierten Bodenplatte von der Grundplatten-Frontleiste (mit dem installierten Zentrierdorn) erreicht wird. Über Abstand messende Sensoren wird dabei die Bewegung kontrolliert. Ab einem definierten Abstand zwischen Automobil und Grundplatten-Stirnseite erfolgt diese Bewegung nur noch im Schleichgang und wird bei einem Mindestabstand gestoppt. Der Fahrer verfolgt die Bewegung der Grundplatte auf das Automobil zu – im Steuerstand – und kann die Bewegungen stoppen, sollten Korrekturen für die Positionen der trichterförmig ausgebildeten Aufnahmeeinheit und/oder des konischen Zentrierdorns notwendig sein. Diese Korrekturen führt der Fahrer selbst durch, per Betätigung von Steuerhebeln mittels derer das Klemm-Balken-System bzw. das Heb- und Senksytem auf der verfahrbaren Plattform aktiviert werden. Dabei handelt es sich um relativ (sehr) geringe Bewegungsstrecken. Die Korrektur-Positionierungen können einzeln aber auch parallel ausgeführt werden. Nach exakter Positionierung der trichterförmigen Aufnahmeeinheit und des konusförmigen Zentrierdorns (die dem Fahrer per Display und Freigabe-Information für den E-Batteriewechsel mitgeteilt wird) startet der Fahrer (z. B. per Knopfdruck) den weiteren Verlauf des E-Batteriewechsels. Alle folgenden Systemabläufe sind miteinander verknüpft und steuern sich in Ihrer Folge automatisch.
    • 14. Ziel ist es den konischen Zentrierdorn exakt in die trichterförmige Aufnahme-Einheit zu bewegen. Sobald der konische Zentrierdorn in der trichterförmigen Aufnahme-Einheit positioniert ist, besteht schlüssiger Kontakt zwischen den im Automobil installierten Schienen und den auf der Grundplatte montierten Schienen (II).
    • 15. Die Vorwärtsbewegung der Grundplatte wird gestoppt.
    • 16. Mit dem Kontaktschluss der Schienen-Enden ergeht das Startkommando an das verfahrbare Rahmengestell im Automobil, in dem die E-Batterie eingesetzt ist.
    • 17. Mittels des verfahrbaren Rahmengestells wird die E-Batterie über die Schienen im Automobil und die Schienen (II), die auf der verfahrbaren Grundplatte montiert sind auf den E-Batterie-Wechselplatz unterhalb der Verfahrlinie der Greifer-Konstruktion transportiert. Sobald das verfahrbare Rahmengestell (indem die E-Batterie eingesetzt ist) die Wechselposition eingenommen hat, wird automatisch das Greifer-System aktiviert. Dadurch wird die „leere” E-Batterie aus dem verfahrbaren Rahmengestell entnommen und auf der Abstellposition des Abtransportbandes abgesetzt.
    • 18. Nach dem Absetzen der „leeren” E-Batterie auf dem Abtransportband erfolgt der Abtransport in die E-Batteriewerkstatt zur Bearbeitung. Auf dem Weg dorthin wird die E-Batterie mit einem Anhänger versehen, auf dem die laufenden Nummer und Car-Chip Daten ausgedruckt sind.
    • 19. Mit dem Stecken des Car-Chips in die Infosäule und dem Lesen der Daten/Informationen wird das E-Batterielager von der Daten-Verarbeitungsstelle sofort mit den für den E-Batteriewechsel benötigten Daten informiert. Mit Hilfe der Einlagerungs-/Austrage-Einrichtung wird die entsprechende Batterie auf dem vorgegebenen Platz des Anlieferbandes abgesetzt. Daran schließt sich der Transport zur Wechselposition unterhalb der Verfahrlinie der Greifer-Konstruktion an. Auf dem Transportweg dorthin wird ein letzter Test bezüglich der E-Batterie Ladung vorgenommen. Die sofortige Information des E-Batterielagers bezüglich des benötigten E-Batterie-Typs ist notwendig, um zeitliche Verzögerung bei der Anlieferung der für den E-Batteriewechsel benötigten einsatzfertigen Batterie aus dem E-Batterie-Bevorratungslager zu vermeiden.
    • 20. Sobald die aufgeladene E-Batterie am Wechselplatz – unter der Verfahrlinie der Greifer-Konstruktion – auf dem Anlieferband positioniert worden ist, erfolgt mit Hilfe der Greifer-Konstruktion das Umsetzen der E-Batterie in das auf den Schienen (II) in Wartestellung stehende verfahrbare Rahmengestell.
    • 21. Nach dem Absetzen der aufgeladenen E-Batterie in das verfahrbare Rahmengestell erfolgt ihr Transport über die Schienen (II) und die im Automobil installierten Schienen in die Endlageposition (Position während des Fahrbetriebs) im Automobil. Dabei erfolgt gleichzeitig der Anschluss an das elektrische Leitungsnetz des Automobils.
    • 22. Sobald das Rahmengestell mit der eingesetzten aufgeladenen E-Batterie die Endlageposition (Position während des Fahrbetriebes im Automobil) eingenommen hat, wird der Fahrer im Steuerstand per Display darüber informiert.
    • 23. Der Fahrer beendet anschließend (z. B. per Knopfdruck) auf dem Steuerstand den E-Batteriewechsel. Mit diesem Kommando wird das Klemm-Balken-System aktiviert. Die Klemm-Balken bewegen sich in ihre versenkbare Ausgangsposition.
    • 24. Gleichzeitig mit der Information, dass der E-Batteriewechsel beendet ist, wird auch die Grundplatte mit den darauf installierten Schiene (II) und mit ihr der konusförmige Zentrierdorn zurück – in eine definierte Ausgangsposition für den nächsten E-Batteriewechsel – bewegt.
    • 25. Sobald die Klemm-Balken ihre Ausgangsposition erreicht haben und in der Bodenplatte versenkt abgestellt worden sind, erfolgt das Kommando an die herabgelassenen Schranken, die die Bodenplatte mit dem abgestellten Automobil sichern, in ihre Ausgangsposition (aufgestellt) zurück zu kehren. Damit ist die Fahrbahn wieder freigegeben.
    • 26. Der Fahrer begibt sich zu seinem Automobil schließt die Karosserieöffnung, aktiviert die Verklemmung der E-Batterieeinheit und fährt das Automobil von der Bodenplatte. Damit macht er die Bodenplatte frei für den nächsten E-Batteriewechsel.
    • 27. Anschließend begibt sich der Fahrer zur Kasse. Anhand der laufenden Nummer ist sein E-Batteriewechsel identifiziert und registriert. Er erhält eine Quittung über den bezahlten Betrag. Diese Quittungsdokument ist mit der laufenden Nummer versehen und enthält u. a. noch folgende Daten: • Datum • Uhrzeit des E-Batteriewechsels • Batterietyp • Hersteller der Batterie • Aufladedatum • Seriennummer des Batterietyps • Spurweite der im Automobil installierten Schienen • Name, Adresse und Telefonnummer der E-Batterie-Wechselstation Diese Daten – bis auf die Angabe der Spurweite – sind auch auf dem Anhänger hinterlegt, der in der Werkstatt – nach dem Aufladen – an der E-Batterie befestigt wird.
    • 28. Der Fahrer setzt anschließend seine Fahrt fort.
  • D. Anhang
  • Die im folgenden Anhang aufgeführten technischen und informativen Ausführungen sind dadurch gekennzeichnet, dass sie sich auf das beschriebene teil-automatisierte Wechsel-System für E-Batterien beziehen. Sie sind damit als Teil des vorliegenden Antrags auf Patenterteilung gekennzeichnet.
    • 1. Der seitliche Austrag der E-Batterien aus dem Automobil, ist auch nach vorherbeschriebenem Wechselsystem dadurch gekennzeichnet und durchführbar, wenn die Endlageposition der E-Batterie in den vorderen Teil des Automobils (z. B. in den Bereich über der Vorderachse) verlegt wird.
    • 2. Die entsprechende Software für die Prozesssteuerung und Logistik des E-Batterie-Wechselsystems muss entwickelt werden.
    • 3. Die Installation mehrerer E-Batterie/Wechselstationen in Reihe ist möglich, wobei sie mit einer Zentralwerkstatt und einem Zentral-E-Batterie-Bevorratungslager verbunden sind.
    • 4. Der E-Batteriewechsel – entsprechend dem beschriebenen teil-automatisierten Ablaufsystem – ist dadurch gekennzeichnet, dass – außer dem Fahrer – „vor Ort” d. h. beim technischen Ablauf des E-Batteriewechsel, kein Fremdpersonal benötigt wird.
    • 5. Zuständig und verantwortlich für den einwandfreien Zustand, der in der Werkstatt aufgeladenen und überprüften Wechsel-E-Batterie ist allein die E-Batterie-Wechselstation, die verpflichtet ist „verbrauchte” E-Batterien auszusortieren und im Fall eines E-Batterie-Ausfalls (einer gewechselten Batterie) ersatzpflichtig ist.
    • 6. Die E-Batterie-Wechselstation hat auch für die Vorhaltung einer bestimmten Anzahl je E-Batterietyp Sorge zu tragen. Dabei kann die notwendige vorzuhaltende Anzahl der verschiedenen E-Batterietypen geringer ausfallen, wenn die angelieferten „leeren” E-Batterien umgehend nach Anlieferung wieder einsatzfähig aufbereitet werden.
    • 7. Eine weitere Reduzierung der im E-Batterie-Lager vorzuhaltenden Anzahl der E-Batterie-Typen kann erreicht werden, wenn eine gewisse Normung (vor allem hinsichtlich der äußeren Form bzw. ihrer Abmessungen) durchgeführt würde. Eine zusätzliche Möglichkeit zur Reduzierung der vorzuhaltenden E-Batterietypen besteht auch in einer Normung des verfahrbaren Rahmengestells, in das E-Batterien der verschiedenen Typen eingesetzt werden.
    • 8. Grundsätzlich handelt es sich bei den technischen Aggregaten, die beim vorgeschlagenen E-Batterie-Wechselsystem zum Einsatz kommen um flachbauende technische Einrichtungen.
    • 9. Die eingesetzten E-Batterien, die nach dem vorgeschlagenen System gewechselt werden sind so konzipiert, dass sie während Fahrtpausen (z. B. während der Nacht) mit Strom aus der Steckdose aufgeladen werden können.
    • 10. Der seitliche Austrag der E-Batterie aus dem Automobil, sowie die Installation von Schienen auf denen die E-Batterie im sogn. E-Batterie-Tunnel im Automobil während der Fahrt positioniert ist und zum Wechsel transportiert wird, kann Auswirkungen auf Konstruktion und Form der Automobile haben. Bei relativ schmaler rechteckiger Form der E-Batterie (z. B. einem Verhältnis der Höhe zur Breite von 1:3 oder größer) erfolgt der Einbau der E-Batterie im Rahmengestell hochkant. Das Rahmengestell wird der Form der E-Batterie angepasst. Damit ist auch beim „Hochkant”-Einbau der E-Batterie (z. B. mit einem Gewicht bis zu 100 kg) im Automobil die notwendige Einbaussicherheit – bei entsprechender Arretierung – gewährleistet.
    • 11. Das im Automobil eingesetzte verfahrbare Rahmengestell zur Aufnahme der E-Batterie sowie der zugehörige Antrieb (E-Motor und Getriebe) können als kompletter Bausatz vorgefertigt werden.
    • 12. Beim Kauf eines Automobils wird der zugehörige Car-Chip dem Käufer vom Verkäufer – sowohl beim Neu- als auch beim Gebrauchtwagenkauf – ausgehändigt.
    • 13. Der Patent-Anspruch wird auch gefordert für technische Verfahren, die dadurch gekennzeichnet sind, dass zur exakten Positionierung des Automobils zum E-Batteriewechsel andere Methoden (wie aufgeführt) der Koordinaten-Vermessung und-Festlegung an/mit anderen Punkten/Teilen des Automobils vorgenommen werden.
    • 14. Mit vorliegender Patentanmeldung wird auch gefordert, dass neben der vorgeschlagenen Platzierung des kegelförmigen Zentrierdorns in der trichterförmig ausgebildeten Aufnahme-Vorrichtung andere/zusätzliche technische Einrichtung an den Frontleisten der Schienen-Enden, die zur Stabilisierung der Schienenverbindungen dienen, patentrechtlich geschützt sind.
    • 15. Grundsätzlich erfolgt mit dem teil-automatisierten E-Batteriewechsel ein Besitzerwechsel der E-Batterie. Die Dokumentation über den Besitzwechsel und Informationen bezüglich der eingewechselten E-Batterie bildet die Quittung über den bezahlten Betrag mit den dort ausgedruckten E-Batteriedaten wie: Hersteller, Typ, Herstellungsdatum, Seriennummer, Spurweite der im Automobil installierten Schienen.
  • Zum Thema Besitzwechsel der E-Batterie wird unter dem Punkt: Erklärungen und Vorschläge (S. 54) Stellung genommen.
  • II. Automatisierter Wechsel der E-Batterie, die zum Antrieb in Automobilien eingesetzt wird (AWEB)
  • – Systembeschreibung –
    • 1. Das mit Version 1 beschriebene teilautomatisierte E-Batteriewechselsystem (TAWEB), bei dem die Mithilfe des Automobilfahrers benötigt wird, kann auch – nach entsprechenden zusätzlichen technischen Installationen – als automatisierte Version (AWEB) beim Wechsel der E-Batterie zur Anwendung kommen. Der E-Batteriewechsel – in seiner automatisierten Version – wird dabei ebenfalls durch den Fahrer gestartet, nach dem er sein Automobil auf dem markierten Bereich der Bodenplatte abgestellt, die Bremsen gelöst und es „gangfrei” geschaltet hat. Ebenso öffnet er die Karosserieabdeckung (auf der Beifahrerseite) des E-Batterie-Tunnels und löst die Arretierung des Rahmengestells (mit der eingesetzten E-Batterie) im Automobil. Der Fahrer begibt sich dann zum Steuerstand. Nach Erscheinen seiner Wechselnummer auf dem Display startet der Fahrer anschließen (z. B. per Knopfdruck) den E-Batterie-Wechselvorgang, wobei alle folgenden Systemvorgänge automatisiert ablaufen, ohne Eingriff des Fahrers. Dazu ist es erforderlich, dass die notwendigen Positionierungs-Bewegungen der trichterförmigen Aufnahmeeinheit, die im Automobil installiert ist und des konusförmigen Zentrierdorns, der an der Frontleiste der Grundplatte zwischen den Schienen(II)-Enden montiert ist, bei der Bewegung des Zentrierdorns auf die trichterförmige Aufnahmeeinheit zu, permanent kontrolliert, registriert und gesteuert werden. Dazu ist neben der Installation und dem Einsatz von Sensoren für die Abstandsmessungen die Entwicklung einer entsprechenden Software erforderlich, die die notwendigen Bewegungen der einzelnen technischen Aggregate Ziel führend steuert.
    • 2. Alle sonstigen für das teilautomatisierte E-Batteriewechselsystem (TAWEB) relevanten technischen Einrichtungen, organisatorischen Abläufe sowie der entsprechende Daten- und Informationsfluss sind auch für das automatisierte E-Batterie-Wechselsystem (AWEB) voll inhaltlich und voll umfänglich zutreffend.
  • III. Mobiles Wechselsystem für Elektrobatterien, die zum Antrieb von Automobilen eingesetzt werden. (MOWEB)
  • – Systembeschreibung –
  • Variante 1: Seitlicher Ein- und Austrag (Beifahrerseite) der „leeren” bzw. gebrauchsfertigen E-Batterie in das Automobil
  • Als Alternative zu dem beschriebenen Wechsel der E-Batterien in stationär eingerichteten Wechselstationen – wie mit Version 1 und 2 beschrieben – wird darüber hinaus ein mobiles E-Batterie-Wechselsystem zur Patentanmeldung eingereicht, dem die gleiche Ausgangsidee für den E-Batteriewechsel zu Grunde liegt:
    Im Automobil sind in einem Tunnel Schienen montiert, auf dem ein verfahrbares Rahmengestell (mit der eingesetzten E-Batterie) elektromotorisch bis an die Karosserieinnenseite bewegt wird.
  • Außerhalb des Automobils sind Zusatzaggregate im Einsatz, auf denen ebenfalls Schienen installiert sind.
  • Nach Kontaktschluss der Schienen-Enden wird mittels des verfahrbaren Rahmengestells, die zu wechselnde E-Batterie in eine Wechselposition auf den ZUsatzaggregaten außerhalb des Automobils transportiert.
  • Auf demselben Verfahrweg wird dann die einsatzfertige Wechselbatterie in die Endlageposition (Position während des Fahrbetriebs) innerhalb des Automobils transportiert.
  • Dieser technische Ablauf ist dadurch gekennzeichnet, dass der E-Batteriewechsel mit Hilfe eines mobilen Fahrzeugs (sog. MOBAC = Mobiler E-Batterie-Carrier) durchgeführt wird.
  • Darüber hinaus übernimmt der MOBAC auch den An- und Abtransport der „leeren” bzw. der einsatzfertigen E-Batterie vom E-Batterie-Bevorratungslager zum Automobil, das auf der Wechselposition innerhalb der E-Batterie-Wechselstation abgestellt ist.
  • Grundsätzlich ist auch das mobile E-Batterie-Wechselsystem dadurch gekennzeichnet, dass der Wechsel (nach Variante 1) durch seitlichen Austrag der E-Batterie aus dem Automobil – auf der Beifahrerseite – durchgeführt wird. Der mobile E-Batteriewechsel findet dabei in Wechselstationen statt, die gekennzeichnet sind durch die in der Folge dargelegten Ausführungen.
  • Aufbau- und Ablaufbeschreibung des mobilen E-Batteriewechselsystem (MOWEB):
    • A) Installation der technischen Einrichtungen innerhalb des Automobils
    • B) Installation der technischen Einrichtungen außerhalb des Automobils
    • C) Detaillierte (in Stichworten) Beschreibung des organisatorischen Ablaufs sowie des zugehörigen Daten- und Informationsflusses
  • A) Installation der technischen Einrichtungen innerhalb des Automobils
  • Hier gilt vollinhaltlich und vollumfänglich, das bereits mit den Versionen 1 und 2 Ausgeführte bezüglich der technischen Einrichtungen innerhalb des Automobils.
  • B) Installation der technischen Einrichtung außerhalb des Automobils
  • Die Grundidee für das mobile E-Batterie-Wechselsystem ist (in Anlehnung an die mit Version 1 und 2 beschriebenen E-Batterie-Wechselsysteme): Die Bewegung des konusförmigen Zentrierdorns, der an der Frontleiste eines Schienenstranges montiert ist (über den die „leeren” bzw. aufgeladenen E-Batterien zur Wechselposition transportiert werden) auf eine mobile Transporteinheit zu verlegen. Zusätzlich werden auch der Abtransport der „leeren”, sowie der Antransport der aufgeladenen E-Batterien mit dieser mobilen Transporteinheit durchgeführt.
  • Dadurch wird außerdem eine größere Flexibilität bezüglich der Örtlichkeit, auf der der E-Batteriewechsel durchgeführt werden kann erreicht, ohne dabei auf die Möglichkeit des gleichzeitig parallelen Ablaufs mehrerer E-Batteriewechsel verzichten zu müssen.
  • 1. Aufbau einer mobilen Transporteinheit: E-Batterie-Carrier (MOBAC)
  • Der MOBAC ist dadurch gekennzeichnet, dass er in der Art eines Hubstablers operiert.
  • (s. Skizze 10)
  • Ein elektromotorisch angetriebenes, mit 4 Rädern versehenes Aggregat, hat an seiner Frontseite eine bewegliche heb- und absenkbare, horizontal verlaufende Plattform montiert.
  • Die Plattform ist dabei fest mit dem für die Heb- und Absenkbewegung zuständigen Mechanismus verbunden mit geringstem Spiel, d. h. geringst möglichen Tolleranzen in den Bewegungsabläufen, sowie den Positionierungen.
  • Der Heb- und Absenkmechanismus ist seinerseits gleichermaßen kompakt mit dem mobilen Aggregat verbunden.
  • Weiterhin ist das mobile Aggregat so konzipiert, dass es (ähnlich wie ein Hubstabler) von einem Fahrer gesteuert wird.
  • Der Fahrersitz sowie alle zum Betrieb des Fahrzeugs notwendigen Einrichtungen (wie Steuer, Beschleunigungs- und Bremsbetätigungen, Armaturenbrett usw.) sind auf dem verfahrbaren Aggregat installiert. Dabei ist der Fahrersitz ergonomisch so platziert, dass er dem Fahrer die Möglichkeit bietet, die heb- und absenkbare Plattform in Gänze – mit den darauf installierten Einrichtungen sowie ihre Bewegungen exakt im Blickfeld zu haben. Während die Breiten-Ausdehnung der horizontal verlaufenden Plattform die Frontseite des mobiles Aggregates überragen kann, ist die Tiefen-Ausdehnung so ausgelegt, dass der längste E-Batteriekörper (mit seiner Längsachse auf das mobile Aggregat zu verlaufend) auf ihr abgestellt werden kann.
  • Die heb- und absenkbare Plattform ist in drei Segmente unterteilt, auf denen folgende Einrichtungen installiert sind: In den beiden äußeren Segmenten sind mittig auf dem Plattformboden je eine Aufnahmevorrichtung für eine E-Batterie in Form eines Rahmengestells montiert, das fest mit dem Boden der Plattform verbunden ist.
  • Im mittleren Segment sind auf dem Boden der Plattform zwei parallel verlaufende Schienen (1) verlegt. Diese Schienen (1) verlaufen auf der Plattform in Fahrtrichtung, d. h. senkrecht zum Verlauf der beiden Fahrzeug-Radachsen.
  • Der mittlere Teil (Segment) der horizontal verlaufenden Plattform ist dabei so ausgebildet, das er gegenüber den beiden äußeren Segmenten um ca. 20–25 cm (variabel) länger ausgelegt ist.
  • (s Skizze 9).
  • Die Schienen (1) enden am vorderen Rand des verlängerten mittleren Plattformsegmentes.
  • Zwischen den Schienen (1) – Enden ist an der vorderen Plattformkante eine Frontleiste angebracht, an der mittig ein konisch ausgebildeter Zentrierdorn installiert ist, dessen Mittelachse in Verlängerung der Schienen (1) – Mittelachse liegt.
  • Der Zentrierdorn ist mit einer entsprechend sicheren und robusten Schutzkappe abgedeckt, die vor Einsatz am Automobil entfernt wird. Die Schienen (1) sind vorzugsweise in Winkelform ausgebildet und mit der Winkelöffnung nach unten auf der Plattform montiert.
  • Die Spurweite der Schienen (1) auf dem mittleren Plattformsegment ist mittels elektromotorisch wirkender Antriebselemente verstellbar.
  • Auf der horizontal verlaufenden Plattform ist – über den drei Segmenten – eine Rahmenkonstruktion installiert, die ebenfalls fest an der Vorderseite des MOBAC montiert ist und sich über die gesamte Fläche der Plattform erstreckt.
  • (s. Skizze 10)
  • Auf der Oberseite der Längs-Verbindungselemente der Rahmenkonstruktion sind parallel-verlaufende Schienen (2) montiert. Auf diesen Schienen (2) ist ein fahrbares Konstruktionselement installiert, dass mittels E-Motor und zugehörigem Getriebe über die Schienen (2) bewegt wird.
  • An dieses verfahrbare Konstruktionselement ist eine heb- und absenkbar bewegliche Säule montiert, an deren unteren Ende eine „Greifer”-Konstruktion angebracht ist.
  • (s. Skizze 10)
  • Die Schienen (2) sind vorzugsweise in Winkelform ausgebildet und mit der Winkelöffnung nach unten auf der Rahmenkonstruktion montiert.
  • Die Hin- und Herbewegungen des Konstruktionselementes, mit der an ihr installierten heb- und absenkbaren Säule und dem anmontierten Greifer, sind festgelegte Strecken zwischen den Mittelachsen der drei Segmente der Plattform, die senkrecht auf das fahrbare Aggregat zu verlaufen.
  • An der Unterseite der rechteckigen heb- und absenkbaren Plattform sind in den vier Eckpositionen sogenannte Stabilisierungselemente installiert. Dabei handelt es sich um hydraulisch ausfahrbar/einziehbar konstruierte Stützen, an deren unteren Ende tellerförmige Platten montiert sind. Diese beweglichen Stützen dienen zur Stabilisierung der Plattform-Lage, nachdem die Plattform ihre Funktionsposition für den E-Batteriewechsel eingenommen hat. Dabei werden die Stützkonstruktionen hydraulisch abgesenkt bis der Kontakt mit der Bodenoberfläche erreicht ist und die horizontal verlaufende Plattform – neben der konstruktiven Verbindung mit dem Mechanismus für die Auf- und Ab-Bewegung der Plattform – zusätzlich durch die 4 Stützen (in den Ecken der Plattform) in einer eingenommenen Lage stabil verbleibt.
  • (s. Skizzen: 9 und 10)
  • 2. E-Batterie-Bevorratungslager und -Werkstatt
  • Ebenso wie zu den automatisierten stationären E-Batterie-Wechselsystemen (nach Version 1 und 2) gehört auch zu dem mobilen Wechselsystem eine Werkstatt sowie ein E-Batterie-Bevorratungslager, das mit entsprechend automatisierten Ein- und Auslagerungs-Robotern bestückt ist. Das mobile E-Batterie-Wechselsystem ist auch dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Anlieferung der „leeren” E-Batterie zur Werkstatt als auch der aufgeladenen Batterie vom Lager zum abgestellten Automobil mittels des MOBAC erfolgt. Die auf der horizontal verlaufenden Plattform des mobilen Aggregates installierten äußeren Segmente sind für die Aufnahme der E-Batterie („leer” bzw. aufgeladen) konzipiert.
  • Nach erfolgtem E-Batteriewechsel (die detaillierte Beschreibung des Wechsel-Ablaufs folgt später) und Transport der „leeren” E-Batterie zur Werkstatt erfolgt die Entnahme der „leeren” E-Batterie von der Plattform.
  • Zu diesem Zweck fährt der MOBAC mit seiner Plattform in eine definierte Position an eine Verladerampe, die an einem Transportband, das das E-Batterie-Bevorratungslager mit der Werkstatt verbindet, installiert ist.
  • Auf der der Auffahrtposition des MOBAC gegenüberliegenden Seite der Be- bzw. Entlade-Rampe sind Schienen (3) parallel verlaufend installiert, über die eine mechanische Konstruktion mit eingebauter Greifer-Vorrichtung beweglich (elektromotorisch) angeordnet ist. Die längs der Verladerampe auf den Scheinen (3) verfahrbare Greifer-Vorrichtung ist heb- und absenkbar angeordnet und kann horizontal vor- und rückwärts bewegt werden, (d. h. senkrecht zum Verlauf der Verladerampe bzw. des Transport-Rollgangs).
  • Mittels einer Greifer-Vorrichtung am Transportrollgang erfolgt die Entnahme der „leeren” E-Batterie von dem Absetz-Segment der Plattform des MOBAC und das anschließende Absetzen auf dem Transportband. Anschließend erfolgt die Aufnahme der aufgeladenen E-Batterie vom Transportband und das Absetzen in das Aufnahme-Segment der Plattform des MOBAC.
  • Die Schienen(3)-entlang der Verladerampe verlaufend – sind vorzugsweise im Winkelformat ausgeführt und mit der Winkelöffnung nach unten montiert.
  • C. Beschreibung des organisatorischen Ablaufs sowie des Informations- und Datenflusses (in Stichworten)
  • Der Fahrer des Automobils fährt an die Infosäule, steckt den Car-Chip und erhält (wie mit Version 1 und 2 erläutert) den nummerierten Ausdruck mit den zugehörigen Daten.
  • Im Gegensatz zu den für das automatisierte Wechseln der E-Batterie (in stationären Wechselstationen) notwendigen sog. Distanzwerten (I) und (II) – die vom Automobilhersteller je Automobiltyp ermittelt und auf dem Car-Chip hinterlegt werden – spielen diese Angaben beim mobilen E-Batteriewechsel keine Rolle.
  • Auf dem Infoausdruck wird für den mobilen E-Batteriewechsel, neben der Nummer für die Ifd. Reihenfolge des E-Batteriewechsels, auch eine sog. Standort-Platznummer ausgedruckt.
  • Diese Standort-Platznummer informiert den Fahrer auf welchem Standortplatz – innerhalb des Areals der E-Batterie-Wechselstation – er sein Automobil für den E-Batteriewechsel abstellen muss.
  • Auch für den mobilen E-Batteriewechsel gilt, dass sämtliche Daten und Informationsangabe mit der erteilten Ifd. Reihenfolgen-Nummer verbunden sind.
    • 1. Nach Aufleuchten der grünen Ampel (damit wird der Fahrer des Automobils darüber informiert, dass ein E-Batteriewechsel an der betreffenden Wechselstation möglich ist) gibt eine Schranke die Einfahrt auf das Areal der E-Batterie-Wechselstation frei. Auf dem Areal sind die nummerierten Standortplätze ausgewiesen. Ein solcher Standortplatz besteht nur aus einer ebenen Fläche, die aufgrund ihrer Größe einem Automobil und dem MOBAC die Möglichkeit bietet den E-Batteriewechsel durchführen zu können.
    • 2. Der Fahrer stellt das Automobil auf dem zugeteilten Standortplatz ab und stellt die Bremsen fest. Anschließend löst er (z. B. per Knopfdruck) die Arretierung des fahrbaren Rahmengestells (mit der eingesetzten E-Batterie), das im Automobil auf den Schienen in der Endlageposition (Position während des Fahrbetriebs) postiert ist und öffnet die E-Batterie-Entnahme-Öffnung in der Karosserie auf der Beifahrerseite.
    • 3. Mit dem Stecken des Car-Chips an der Infosäule wird die Daten-Verarbeitungsstelle der Wechselstation über die Daten der benötigten E-Batterie und die Nummer des Standortplatzes informiert. Diese Informationen werden weitergegeben an einen „freien” MOBAC zuzüglich der Information über die Spurweite der im Automobil installierten Schienen an die Stell-Aggregate der Spurweiten-Einstellung der Schienen (1), die im Mittel-Segment auf der Plattform des MOBAC montiert sind.
    • 4. Gleichzeitig wird das E-Batterielager informiert, worauf hin die benötigte E-Batterie mittels der programmierten Entnahmevorrichtung aus dem Hochregallager entnommen und auf dem Transportband abgesetzt wird. Per Transportband wird die aufgeladene E-Batterie bis zur Verladerampe befördert.
    • 5. Der MOBAC hat in der Zwischenzeit die definierte Position an der Verladerampe eingenommen. Die E-Batterie wird mittels der „Greifer”-Konstruktion vom Transportband abgehoben und anschließend im Rahmengestell im Aufnahmesegment (für aufgeladenen E-Batterien) auf der Plattform des MOBAC abgesetzt.
    • 6. Der Fahrer des MOBAC (Mitarbeiter der E-Batterie-Wechselstation) ist über die Nummer des Standortplatzes informiert und fährt den MOBAC vor das abgestellte Automobil, dessen E-Batterie gewechselt werden muss.
    • 7. Der Fahrer entfernt die Schutzkappe, die über dem Zentrierdorn angebracht ist und lenkt den MOBAC auf das Automobil zu. Dabei wird der Zentrierdorn, der am Ende des verlängerten Mittelsegments der Plattform zwischen den Schienen(1)-Enden montiert ist, in die trichterförmige Aufnahmeeinheit, die an der Frontleiste zwischen den Enden, der im Automobil installierten Schienen angebracht ist, bewegt, bis schlüssiger Kontakt zwischen den Schienen-Enden besteht. Dabei erfolgt die Annäherung des MOBAC an das Automobil – unmittelbar vor Einführung des Zentrierdorns in die trichterförmige Aufnahmeeinheit – im Schleichgang. Überwacht und unterstützt wird diese Bewegung durch entsprechende Sensoren, die den MOBAC-Fahrer informieren und leiten, bzw. eventuell notwendige letzte seitliche Auf/Ab-Bewegungen der Plattform selbsttätig steuern.
    • 8. Der schlüssige Kontakt der Schienen-Enden wird angezeigt. Damit stoppt die Vorwärtsbewegung des MOBAC's auf das Automobil zu.
    • 9. Anschließend stabilisiert der Fahrer des MOBAC die Position der Plattform durch das Ausfahren der 4 Stützen auf der Unterseite der Plattform.
    • 10. Der Fahrer des Automobils (der während der Wechsels im Automobil bleiben kann) aktiviert die Vorwärtsbewegung des fahrbaren Rahmengestells (mittels E-Motor und zugehörigen Getriebe) im E-Batterie-Tunnel über die im Automobil installierten Schienen und den auf dem Mittelsegment der Plattform des MOBAC verlegten Schienen (1) in die Wechselposition auf der Plattform.
    • 11. Das über der Plattform (mit den drei Segmenten) installierte fahrbare Greifer-System entnimmt anschließend automatisch die angelieferte „leere” E-Batterie und setzt sie im Aufnahme-Rahmengestell auf dem entsprechenden Segment des MOBAC ab. Anschließend fährt das Greifer-System in die Position über das Segment mit der aufgeladenen E-Batterie, nimmt diese auf und setzt sie im verfahrbaren Rahmengestell, das auf dem Mittelsegment der Plattform in Wartestellung steht, ab.
    • 12. Daran anschließend wird die aufgeladene E-Batterie mittels des verfahrbaren Rahmengestells automatisch in die Endlageposition (Position während des Fahrbetriebes) im Automobil transportiert und dabei gleichzeitig an das elektrische Leitungsnetz des Automobils angeschlossen.
    • 13. Das Erreichen der Endlage des verfahrbaren Rahmengestells im Automobil wird dem Fahrer angezeigt.
    • 14. Danach gibt der Fahrer des MOBAC das Kommando für den Einzug der 4 Stützen (die an der Unterseite der Plattform installiert sind). Dann fährt er den MOBAC mit der „leeren” Batterie vom Automobil weg an die Verladerampe.
    • 15. Die „leere” E-Batterie wird per Greifer-System am Transportband vom Abstellsegment der Plattform abgehoben, auf dem Transportband abgesetzt und in die Werkstatt zum Aufladen abtransportiert. Zuvor wird die Schutzkappe (z. B. per Knopfdruck) vom Fahrer über dem Zentrierdorn positioniert.
    • 16. Der MOBAC verbleibt in der eingenommenen Position am Transportband in Erwartung des nächsten E-Batteriewechsels.
    • 17. Der Fahrer des Automobils schließt nach Wegfahrt des MOBAC die Karosserieöffnung, aktiviert die Arretierung des verfahrbaren Rahmengestells mit der gewechselten E-Batterie und begibt sich zum Bezahlen an die Kasse der E-Batterie-Wechselstation. Dort erhält er, zusammen mit der Quittung über den bezahlten Betrag, die bereits mit der Version 1 beschriebenen Daten ausgedruckt.
    • 18. Anschließend setzt der Fahrer des Automobils seine Fahrt fort.
  • Variante 2: Rückseitiger Ein- und Austrag der „leeren” bzw. gebrauchsfertigen Batterie in das Automobil
  • Die Positionierung der E-Batterie in einem Tunnel, der parallel zur Hinterachse verläuft-vorzugsweise hinter den Rücksitzen, oberhalb vor oder hinter der Hinterachse bzw. im hinteren Teil des Kofferraums (in Abhängigkeit vom jeweiligen Automobiltyp) ermöglicht den Austrag der „leeren” bzw. den Eintrag der gebrauchsfertigen E-Batterie über Schienen seitlich aus/bzw. in das Automobil (wie mit Version 1, 2 und 3/Variante 1 beschrieben.
  • 1. Ausbildung der E-Batterie in Flachform
  • Ein weiteres Verfahren zur Positionierung der E-Batterie und ihre Transportbewegung im Automobil, das ebenfalls Gegenstand der Patent-Anmeldung ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass die E-Batterie auf dem Fahrzeugboden – in Längsrichtung zwischen den Rädern – angeordnet ist. Dazu wird ein zweiter Fahrzeugboden (z. B. in einem Teilbereich) über dem eigentlichen Fahrzeugboden installiert, d. h. ein Hohlraum geschaffen in dem die E-Batterie positioniert wird.
  • Der Eintrag bzw. der Austrag des verfahrbaren Rahmengestells (mit der eingesetzten E-Batterie) erfolgt dabei von der Rückseite des Automobils aus.
  • Die Form der E-Batterie sollte für diese Einbauvariante sehr flach und entsprechend breit gewählt werden, wobei ihre notwendige Länge sich in Richtung Vorderachse erstreckt.
  • Seitlich in dem Hohlraum zwischen den beiden Fahrzeugböden sind auf dem untersten Fahrzeugboden Schienen installiert.
  • Über diese Schienen wird ein flaches Rahmengestell bewegt mittels seitlich angebrachten profilierten Rollen Die Bewegung des verfahrbaren Rahmengestells erfolgt mittels flach bauendem E-Motor (z. B. Rohrmotor).
  • Die Schienen sind vorzugsweise in Winkelform ausgebildet und mit der Winkelöffnung nach unten auf der Bodenplatte des Automobils installiert.
  • Der erzeugte Hohlraum zwischen dem eigentlichen Fahrzeugboden und dem darüber angebrachten zweiten Boden erstreckt sich im Automobil nach hinten bis an die Rückseite der Karosserie.
  • Die Rückseite des Automobils ist normalerweise in ihrem unteren Teil von der hinteren Stoßstange überdeckt.
  • Diese hintere Stoßstange (bzw. das zugehörige Karosserieteil) ist mittels einer Scharnier-Verbindung ganz oder teilweise hochklappbar angeordnet und verdeckt bzw. verschließt im abgesenkten Zustand den erzeugten Hohlraum, in dem die E-Batterie angeordnet ist.
  • Das Aufklappen und Absenken der hinteren Stoßstange (oder eines Teils von ihr) ist vom Fahrer des Automobils (z. B. per Knopfdruck) durchzuführen. Zwischen den Enden der auf dem Fahrzeugboden installierten Schienen ist eine Frontleiste angebracht, an der mittig zwischen den Schienen-Enden eine runde, trichterförmige Aufnahme-Einheit montiert ist, deren vorderer größter Durchmesser in der Ebenen der Fronleiste angebracht ist und dabei unterhalb der Schienen-Oberkante liegt.
  • Die Länge der in Richtung Vorderteil des Automobils trichterförmig zu verlaufenden Aufnahme-Einheit beträgt ca. 5–10 cm, wobei die Länge variabel ist.
  • (s. Skizze 11)
  • Das verfahrbare Rahmengestell mit der eingesetzten E-Batterie ist in der Endlage (Lage während des Fahrbetriebes) im Automobil arretiert und an dessen elektrischen Leitungsnetz angeschlossen.
  • Ablauf des E-Batteriewechsels
  • Der Wechsel der E-Batterie, die wie vorbeschrieben im Fahrzeugboden (in Längsrichtung des Automobils) installiert ist, erfolgt mit Hilfe des in Version 3/Variante 1 beschriebenen mobilen E-Batterie-Carriers (MOBAC). Alle mit dieser Version beschriebenen technischen Abläufe und Einrichtungen sind voll-inhaltlich und voll-umfänglich auch für die Variante 2 zutreffend und gültig. Der Unterschied zwischen den Varianten 1 und 2 der Version 3 besteht darin, dass bei Variante 1 der Aus- bzw. Eintrag der E-Batterie seitlich aus bzw. in das Automobil erfolgt, während er nach Variante 2 von der Rückseite des Automobils aus vorgenommen wird.
  • 2. Ausbildung der E-Batterie in quadratischer bzw. rechteckiger Form
  • Als weitere Form der E-Batterie wird eine quadratische oder rechteckige Ausbildung vorgeschlagen.
  • Dazu wird im Automobil auf der Bodenplatte die Installation eines entsprechenden Raums in Form eines Tunnels – in Längsrichtung des Fahrzeugs – vorgeschlagen, der sich bis an die Karosserie der Rückseite erstreckt.
  • Dieser E-Batterie-Tunnel wirkt sich im Kofferraum des Fahrzeugs aus und mindert entsprechend dessen Fassungsvolumen.
  • Im Fahrzeuginnern verläuft dieser E-Batterie-Tunnel unter bzw. zwischen den Rücksitzen, ähnlich den heute in Automobilen bereits existierenden Tunnels für die Antriebswelle.
  • Der E-Batterie-Tunnel kann sich weiterhin bis in der Bereich zwischen dem Fahrer- und dem Beifahrersitz erstrecken.
  • In diesem tunnelförmigen Raum sind auf dem Fahrzeugboden winkelförmige Schienen installiert, wobei die Schienen vorzugsweise mit der Winkelöffnung nach unten (zum Fahrzeugboden) angebracht sind.
  • Auf diesen Schienen wir ein verfahrbares Rahmengestell, in dem die E-Batterie eingesetzt ist mittels elektromotorischem Antrieb bewegt.
  • Alle technischen Vorrichtungen und Abläufe, die für den E-Batteriewechsel nach Version 3/Variante 1 aufgeführt worden sind, sind auch vollinhaltlich und vollumfänglich für den E-Batteriewechsel nach Version 3/Variante 2 zutreffend und gültig.
  • Anhang zu Variante 1 und 2
    • 1. Alle relevanten Aussagen, die im Anhang zu den Versionen „Teilautomatisiert” und „Automatisiert” gemacht wurden, sind auch für die mobilen E-Batteriewechsel als voll inhaltlich und vollumfänglich zutreffend anzusehen.
    • 2. Die beschriebenen mobilen E-Batteriewechsel ermöglichen (bei starkem Wechselfrequenz-Aufkommen) gleichzeitig mehrfachen, parallel verlaufenden E-Batteriewechsel durchzuführen.
    • 3. Auch in relativ kleinen (z. B. abseits gelegenen Wechselstationen ist – ohne die Installation weiterer technischer Anlagen – der mobile E-Batteriewechsel durchzuführen. Voraussetzung ist allerdings die Bevorratung der verlangten E-Batterietypen. Eine entsprechende Normung der E-Batterien (bezüglich äußerer Form und Abmessungen) wäre deshalb – wie bereits erwähnt – äußerst wünschenswert und sehr zu empfehlen. Einfachausführung einer mobilen Wechselstation – Erwerb eines MOBAC – Herrichtung eines ebenen Standortplatzes – Installation der E-Batterie-Bevorratung – Installation einer Werkstatt mit Aufladeeinrichtung
    • 4. Die mobilen E-Batterie-Wechselsysteme benötigen – im Gegensatz zu den automatisierten Systemen nach Version 1 und 2 – die Mitarbeit von Fremdpersonal. Der Fahrer des MOBAC ist ein Mitarbeiter der E-Batterie-Wechselstation.
    • 5. Mit vorliegendem Patent-Anspruch wird auch beantragt, dass neben der vorgeschlagenen Platzierung des konusförmigen Zentrierdorns in der trichterförmigen Aufnahme-Vorrichtung andere/zusätzliche Einrichtungen an den Frontleisten der Schienen-Enden, sowohl im Automobil wie auch der Grundplatte (gemäß Version 1 und 2) sowie an der Frontleiste der im mittleren Segment der Plattform installierten Schienen (gemäß Version 3/Variante 1 und 2) zur Stabilisierung der Schienen-Verbindungen geschützt sind: wie z. B. Zentrier/Positionierungsnocken bzw. Vertiefungen, magnetisch wirkende Arretierungshilfen oder Ähnliches.
    • 6. Bei Automobilen, die für den E-Batteriewechsel nach Version 1 und 2 ausgestattet sind, kann ebenfalls mittels des mobilen Wechselsystems Version 3/Variante 1 und 2, der E-Batterieaustausch vorgenommen werden.
  • Erklärungen und Vorschläge
  • Die im folgende gemachten Erklärungen und Vorschläge sind zutreffend für die E-Batterie-Wechselsysteme nach den Versionen 1, 2 und 3 in den Varianten 1 und 2.
    • A. der Aufbau eines flächendeckenden Netzes von E-Battrie-Wechselstationen ist mit den aufgeführten 3 Wechselsystem-Versionen – aufgrund des gleichen technischen Basisverfahrens – möglich. Welche der 3 Varianten (oder eine Kombination) dabei zur Ausführung kommt, ist z. B. auch von dem E-Batteriewechsel-Aufkommen am jeweiligen Standort abhängig. Für alle Automobile, die mit den vorgeschlagenen technischen Installationen (innerhalb des Automobils) ausgerüstet sind, kann dabei ein E-Batteriewechsel nach einer der aufgeführten 3 Versionen durchgeführt werden.
    • B. Weiterhin wird für Automobile, die mit einer E-Batterie betrieben werden, die Installation eines bordeigenen Computers (AC= Automobilcomputer) vorgeschlagen, in dem alle automobil-relevanten Daten und Informationen gespeichert sind, abgefragt und aktiviert werden können. Auf diese Weise könnten z. B. auch die Registrierung der Informationen bezüglich der E-Batterie und deren jeweiligem Wechsel gespeichert werden. Gleichzeitig besteht mit einem solchen Computer auch die Möglichkeit, ihn als Steuerbasis für Ablauffunktionen einzusetzen: wie Arretieren bzw. Lösen der Arretierung der E-Batterie in der Endlage (Position während des Fahrbetriebes im Fahrzeug), die Bewegung des Verschlusses der Karosserieöffnung, Steuerung des verfahrbaren Rahmengestells usw. Es wird darüber hinaus vorgeschlagen ein Flächendeckendes Netz von E-Batterie-Wechselstationen nach den Versionen 1, 2, oder 3 aufzubauen mit regionalen Leitstationen. Der Fahrer eines Automobils dessen E-Batterie gewechselt werden muss, wird z. B. mittels des bordeigenen Automobil-Computers (AC) automatisch über den notwendigen E-Batteriewechsel informiert und gleichzeitig über die nächstgelegene E-Batterie-Wechselstation, die den für sein Automobil benötigten E-Batterietyp auf Lager hält. Der AC korrespondiert automatisch (selbsttätig) mit der nächstgelegenen E-Batterie-Leitstation. Die Leitstationen sind mit allen E-Batterie-Wechselstationen vernetzt und verfügen damit über die Informationen bezüglich des einsatzfähigen E-Batteriebestandes aller E-Batteriewechselstationen. Dadurch wird der Fahrer des Automobils in die Lage versetzt, in kürzester Zeit einen E-Batteriewechsel durchzuführen.
    • C. Teil der zur Patentierung eingereichten Wechselsysteme gemäß der Versionen 1,2 und 3 ist auch die Feststellung, dass mit dem E-Batteriewechsel ein Besitz-Wechsel bezüglich der E-Batterie erfolgt. Um die Einführung von E-Batterien getriebenen Automobilen gegenüber den von Verbrennungsmotoren angetriebenen Automobilen konkurrenzfähig und attraktiv zu machen, sind z. Z. die beiden gravierenden Nachteile der E-Mobilität: die begrenzte Nutzungsdauer (mit 1 E-Batterie-Ladung) und die damit verbundene Reduzierung der Fahrtstrecke, sowie die relativ lange Dauer der Wiederaufladung einer E-Batterie, auszugleichen. Dieser Ausgleich ist weitestgehend möglich durch einen schnellen E-Batteriewechsel. Dabei entfällt allerdings die Möglichkeit einer Überprüfung und Bewertung der zu wechselnden „leeren” E-Batterie – im Moment des E-Batteriewechsels – aufgrund der notwendigen Zeit für die Überprüfung. Es wird deshalb aus den vorgenannten Gründen folgendes Vorgehen vorgeschlagen: a) der E-Batteriewechsel erfolgt kostenneutral hinsichtlich der E-Batterie als Körper. Der Kunde bezahlt nur den Aufwand für den Wechsel der E-Batterie und die elektrische Energie, d. h. die Ladung der eingewechselten E-Batterie b) Weiterhin wird vorgeschlagen: Automobil-Hersteller, Batterie-Hersteller und Betreiber von E-Batterie-Wechselstationen bilden einen Verbund, der u. a. folgende Maßnahmen veranlasst: Für den Einsatz von E-Batterien sind Standards (z. B. bezüglich Alter der E-Batterie, Anzahl der Ladezyklen, Ladekapazität, usw.) festzulegen. Diese Standard-Werte sind für die E-Batterie-Wechselstationen verbindlich. Entspricht die ausgetauschte „leere” E-Batterie in der nachfolgenden Überprüfung in der Werkstatt der E-Batterie-Wechselstation nicht den vorgegebenen Standard-Werten, wird diese E-Batterie aus dem Einsatz-Kreislauf aussortiert. Die aussortierten E-Batterien werden vom E-Batterie-Hersteller zurückgenommen. Damit wird die E-Batterie ein dauerhaftes Qualitätsmerkmal für die Güte des jeweiligen Automobils (z. B. entsprechend dem Getriebe). Der Kunde – der z. B. nach dem Neukauf eines Automobils – seine „neue” E-Batterie beim E-Batteriewechsel gegen eine gebrauchte E-Batterie eintauscht (ohne finanziellen Ausgleich) muss sicher sein, dass er ein adäquates Qualitätsprodukt beim E-Batteriewechsel erhält. Die Hergabe der E-Batterie (seitens des Kunden) beim E-Batteriewechsel – quasi in einen E-Batterie-Pool – setzt deshalb hohe Qualitätsgarantien seitens des Automobil- bzw. Batterie-Herstellers – und damit letztlich des Betreibers von E-Batterie-Wechselstationen dem Kunden gegenüber voraus. Die Akzeptanz des E-Batteriewechsels und damit letztlich auch der Kauf von E-Batterie getriebenen Automobilen durch den Kunden wird damit auch zu einer Vertrauensfrage, zumal die E-Batterie das „Herzstück” des E-Batteriegetriebenen Automobils darstellt. Eine weitere Voraussetzung für die Akzeptanz der E-Mobilität durch den Kunden ist das Vorhandensein, bzw. der Aufbau eines flächendeckenden Netzes von E-Batterie-Wechselstationen, das eine lückenlose gesicherte Versorgung der E-Mobile mit elektrischer Energie garantiert.
    • Sollte in Zukunft eine schrittweise Erhöhung der E-Batterie-Ladekapazität oder eine Schnell-Ladetechnik entwickelt werden, die technisch sinnvoll durchführbar und wirtschaftlich vertretbar ist, so können die existierenden E-Batterie-Wechselstationen diese Techniken dann ebenfalls übernehmen und damit die sinnvolle Fortführung des (gleitenden) Übergangs von der Verbrennungs-Motor-Mobilität zur Elektro-Mobilität betreiben. Der Aufbau eines flächendeckenden E-Batterie-Wechselstationsnetzes, das einen schnellen Austausch der „leeren” gegenüber einer aufgeladenen E-Batterie ermöglicht, wird dabei für den Kauf von E-Batterie getriebenen Automobilen ebenso wichtig sein, wie die Möglichkeit die E-Batterie während einer Fahrtpause – z. B. des Nachts – an Ladestationen (z. B. per heimischer Steckdose) wieder aufladen zu können.
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  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Claims (15)

  1. Ablaufsystem und Funktionsweise der technischen Vorgänge sowie des zugehörige Daten- und Informationsflusses für den teilautomatisierten Wechsel einer E-Batterie, die zum Antrieb eines Automobils eingesetzt wird Dieser Systemablauf ist dadurch gekennzeichnet, wie im stichwörtlich beschriebenen Ablauf auf den S. 25–31 der eingereichten Unterlagen geschildert incl. der Anhang-Punkte: 1, 3, 11 und 14, die auf den S. 32–34 aufgeführt sind, so dass nach Stecken des Car-Chips und Abstellen des Automobils auf einer ebenen Bodenplatte der Fahrbahn das System der Ablauf-Folge der einzelnen techn. Vorgänge mittels einer Software, die die per Car-Chip übermittelten Daten verwendet, selbsttätig gesteuert wird. Der Fahrer des Automobils startet dabei den Wechsel-Ablauf, verfolgt die einzelnen Vorgänge und kann bei der Einführung des runden, konischen Zentrierdorns in die runde trichterförmige Aufnahme-Vorrichtung, wenn nötig, korrigierend eingreifen.
  2. Ablaufsystem und Funktionsweise der technischen Vorgänge sowie des zugehörige Daten- und Informationsflusses für den automatisierten Wechsel einer E-Batterie, die zum Antrieb eines Automobils eingesetzt wird Dieser Systemablauf ist dadurch gekennzeichnet, dass die unter Pkt. 1 beschriebenen techn. Abläufe des teilautomatisierten Wechsels auch beim automatisierten E-Batterie Wechsel erfolgen wie aus den auf S. 35 und 36 der an das Patentamt eingereichten Unterlagen zu entnehmen ist. Der Fahrer des Automobils erteilt hierbei jedoch lediglich das Startkommando für die techn. Abläufe. Weiterhin ist der automatisierte E-Batterie-Wechsel dadurch gekennzeichnet, dass die passgenaue Einführung des runden, konischen Zentriedorns, in die runde trichterförmige Aufnahmeeinheit, die im Automobil installiert ist, Sensorüberwacht und wenn erforderlich dabei automatisch selbsttätig korrigiert und gesteuert wird.
  3. Ablaufsystem und Funktionsweise der technischen Vorgänge sowie des zugehörige Daten- und Informationsflusses für den Wechsel einer E-Batterie, die zum Antrieb eines Automobils eingesetzt wird mittels einer mobilen Transporteinheit Dieser Systemablauf ist dadurch gekennzeichnet, wie auf S. 39–42 der beim Patentamt eingereichten Unterlagen beschrieben. Weiterhin ist die mobile Transport-Einheit für den Wechsel von E-Batterien, die zum Antrieb von Automobilen eingesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass sie, unabhängig von der Endlage-Position der E-Batterie-Position während des Fahrbetriebes-, z. B. im Bereich über der Hinterachse, im Bereich über der Vorderachse oder senkrecht zu den Automobilachsen über dem Fahrzeugboden angeordnet ist, (bei Ein- und Ausführung der E-Batterie über das Heck des Fahrzeugs) eingesetzt werden kann. Voraussetzung ist dabei, dass die im Fahrzeug eingesetzte E-Batterie mittels eines fahrbaren Rahmengestells über Schienen bis zur Karosserie-Innenseite transportiert wird und am Ende des Schienenstrangs an einer die beiden Schienenenden verbindenden Frontleiste – mittig zwischen den Schienenenden – eine runde, konisch zum Inneren des Automobils zu verlaufende Aufnahme-Vorrichtung installiert ist.
  4. Aufbau und Funktionsweise der mobilen Transporteinheit Der Aufbau und die Funktionsweise der mobilen Transporteinheit ist den S. 39-42 meiner beim Patentamt eingereichten Unterlagen sowie den Skizzen Nr. 9 und Nr. 10 zu entnehmen. Die mobile Transporteinheit ist dadurch gekennzeichnet, dass mit ihrer Hilfe der E-Batterie-Wechsel praktisch überall auf jeder ebenen Fläche – ohne Hilfs- und Zusatzaggregate – durchgeführt werden kann. Im Aufbau und Betrieb einem Hubstapler ähnlich, ist die mobile Transporteinheit an ihrer Stirnseite mit einer Heb- und senkbaren Plattform ausgerüstet, auf der 3 Segmente als Abstellpositionen für die ein- bzw. auszuwechselnden E-Batterien installiert sind. Das mittlere Segment ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass auf ihm eine Schienenstrang montiert ist (der senkrecht auf die Fahrzeugachsen zu verläuft), an dessen vorderen (dem Fahrzeug abgewandten) Ende eine Frontleiste installiert ist, an der mittig zwischen den Schienen-Enden ein runder konischer Zentrierdorn angebracht ist. Dieser Zentrierdorn wird zum E-Batteriewechsel in die runde, trichterförmige Aufnahmeeinheit im Automobil (mittig montiert an der Frontleiste, des dort installierten Schienenstranges) durch den Fahrer der mobilen Transporteinheit bewegt, wodurch der schlüssige Kontakt zwischen den beiden Schienensträngen hergestellt wird. Auf diesen Schienensträngen erfolgt dann die Bewegung des fahrbaren Rahmengestells mit der eingesetzten E-Batterie zum E-Batterie-Wechsel. Die mobile Transporteinheit ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass mit ihr der An- und Abtransport der ein- bzw. auszuwechselnden E-Batterie zwischen dem E-Batterielager und dem E-Batteriewechselplatz (mit abgestelltem Automobil) erfolgt.
  5. Die Installation eines Schienenstrangs in einem tunnelförmigen Raum innerhalb des Automobils, das von einer E-Batterie angetrieben wird ist dadurch gekennzeichnet, dass auf ihm mittels eines fahrbaren Rahmengestells die E-Batterie aus ihrer Endlage im Automobil (= Position während des Fahrbetriebs) bis zur Innenseite (auf der Beifahrerseite) der Karosserie transportiert wird. Die E-Batterie verbleibt während des Fahrbetriebes des Automobils im fahrbaren Rahmengestell. Der installierte Schienenstrang ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass an seinem karosserieseitigen Ende eine sogenannte Frontleiste die beiden Schienenenden verbindet, an der mittig eine runde, zum Automobil-Inneren zu verlaufende konische Aufnahme-vorrichtung (Länge: ca. 5–10 cm/variabel) angebracht ist. Diese Aufnahmevorrichtung ist mit ihrem größten Durchmesser (Basis) bündig an der Frontleiste montiert. Der Schienenstrang ist ebenso dadurch gekennzeichnet, dass er sowohl im Bereich hinter den Rücksitzen bzw. über der Hinterachse als auch über der Vorderachse parallel zu den Fahrzeugachsen verlaufen kann. Bei dem Transport bzw. des Ein-/Austrags der E-Batterie über das Heck des Automobils verläuft der Schienenstrang auf dem Fahrzeugboden senkrecht zu den Fahrzeugachsen. Die installierten Schienen sind dabei vorzugsweise in Winkelform ausgeführt, wobei die Winkelöffnung nach unten zeigt.
  6. Das fahrbare Rahmengestell mit dem die E-Batterie aus der Endlageposition (= Position während des Fahrbetriebs) über die innerhalb des Automobils verlegten Schienen, sowie auf Schienen, die auf Aggregaten außerhalb des Automobils installiert sind, zum E-Wechsel-Platz transportiert wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass es einen eigenen Antrieb (vorzugsweise E-Motor) besitzt und während des Fahrbetriebs zusammen mit der darin eingesetzten E-Batterie im Automobil verbleibt. Das fahrbare Rahmengestell ist dabei mit der eingesetzten E-Batterie während des Fahrbetriebs im Automobil ortsfest in der Endlage-Position arretiert.
  7. Die passgenaue Verbindung der Schienenstrang-Enden, der im und außerhalb des Automobils installierten Schienen Der Transport des fahrbaren Rahmengestells mit der eingesetzten E-Batterie zum E-Batterie-Wechsel-Platz erfolgt über die im Automobil bzw. auf einem Aggregat außerhalb des Automobils installierten Schienen. Für den Ablauf des Wechselprozesses ist es notwendig, dass das Automobil eine exakte ortsfeste Position einnimmt, während das Aggregat, auf dem die Schienen außerhalb des Automobils verlegt sind, nach seiner Positionierung auf die Wechsel-Ablauf-Linie (= Funktions-Linie) zum E-Batterie-Wechsel auf das Automobil zu bewegt wird, bis passgenauer Kontakt der beiden Schienenstrang-Enden erfolgt ist. Dieser passgenaue Kontakt der beiden Schienenstrangenden wird dadurch erreicht und ist dabei dadurch gekennzeichnet, dass ein runder, konischer Zentrierdorn, der mittig an einer Frontleiste installiert ist, die die beiden Schienen-Enden des auf dem Aggregat außerhalb des Automobils installierten Schienenstranges verbindet, in die im Automobil angebrachte runde trichterförmige Aufnahmeeinheit bewegt wird. Der im Automobil verlegte Schienenstrang endet an der Innenseite der Karosserie. Diese beiden Schienenenden sind ebenfalls mittels einer Frontleiste verbunden, an der mittig zwischen den Schienenenden eine – zum Automobil – Inneren zu verlaufende trichterförmige Aufnahme-Einheit angebracht ist. Dabei ist dieser Bewegungsablauf weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der Mittelpunkt des runden, konischen Zentrierdorns als auch der Mittelpunkt der trichterförmigen Aufnahme-Vorrichtung auf der sogenannten Funktionslinie (= Ablauf-Linie des E-Batterie-Wechsel-Prozesses) liegen.
  8. Vermessung des Mittelpunktes M der im Automobil an der Frontleiste, die die beiden Schienen-Enden verbindet, installierten runden, trichterförmigen Aufnahme-Vorrichtung Die Vermessung der Lage des Mittelpunktes M der runden, trichterförmigen Aufnahme-Vorrichtung im Automobil erfolgt pro Fahrzeugtyp durch den Automobil Hersteller. Diese Vermessung ist dadurch gekennzeichnet, dass der sog. horizontale Abstand des Mittelpunktes M(Distanzpunkt I/horizontal) zu einer festen, außerhalb des Fahrzeugs vertikal verlaufenden Bezugs-Linie, z. B. die senkrecht verlaufende Kante eines Klemmbalkens für die Hinterräder, ermittelt wird, während der sogenannte vertikale Abstand (Distanzpunkt II/vertikal) als der senkrechte Abstand des Mittelpunktes M zur ebenen Fahrbahn-Oberfläche gemessen wird. Die Vermessung des Mittelpunktes M der runden trichterförmigen Aufnahme-vorrichtung bzgl. der Distanzwerte: I/horizontal und II/vertikal durch den Automobil-Hersteller ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass diese durchgeführt wird: a. mit Neubereifung b. mit vorgeschriebenem Luftdruck der Reifen c. ohne Personen- und Sachbeladung des Automobils Diese sog. Distanzwerte I/horizontal und II/vertikal stellen die Koordinatenwerte für die ortsfeste Positionierung des Automobils für den E-Batterie-Wechsel dar, wobei – nach erfolgter Positionierung des Automobils – der Mittelpunkt M der runden, trichterförmigen Aufnahme-Vorrichtung auf der Funktionslinie (= Linie, auf der der automatisierte E-Batterie-Wechsel stattfindet) liegt.
  9. Erstellung eines sog. Car-Chips (CC) durch den Automobil-Hersteller Um den schnellen, automatisierten E-Batterie-Wechsel in den Wechselstationen durchführen zu können, ist die Übermittlung relevanter Angaben und Daten das Automobil sowie die E-Batterie betreffend notwendig wie z. B.: Automobil-Typ Automobil-Hersteller Installierter E-Batterie-Typ Hersteller der E-Batterie Herstellungsdatum der E-Batterie Serien-Nr. der E-Batterie Distanzwert I/horizontal Distanzwert II/vertikal Spurweite der im Automobil installierten Schienen Der Car-Chip ist dadurch gekennzeichnet, dass er für E-Batterie-getriebene Automobile vom Fahrzeug-Hersteller erstellt wird. Der Car-Chip ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass die auf ihm gespeicherten Daten, die für den E-Batterie-Wechsel benötigt werden, bei Einfahrt in die E-Batterie-Wechselstation nach Stecken an der Info-Säule zur Datenverarbeitungsanlage der Wechsel-Station übermittelt werden und damit rechtzeitig für die verschiedenen technischen Prozess-Abläufe zur Verfügung stehen. Der Car-Chip ist darüber hinaus dadurch gekennzeichnet, dass er im Format der heute im Gebrauch befindlichen Plastikkarten (z. B. EC-, Master-, Visa-Card) erstellt wird und bei Verkauf des E-Batterie-getriebenen Automobils dem Kunden zusammen mit den übrigen das Fahrzeug betreffenden Papieren ausgehändigt wird. Dieses gilt ebenso für den Wiederverkauf des Automobils.
  10. Die exakte, ortsfeste Positionierung des Automobils zum Zweck des E-Batterie-Wechsels” Zum automatisierten Wechsel-Vorgang der E-Batterie wird das Automobil vom Fahrer auf einer ebenen Plattform, die Teil der Fahrbahn ist, bremsfrei und ganglos abgestellt. Der Fahrer verlässt danach das Fahrzeug. Anschließend wird das Automobil in die E-Batterie-Wechselposition bewegt. Diese Position ist dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelpunkt M der trichterförmigen Aufnahme-Vorrichtung auf die Funktionslinie (= Ablauflinie des E-Batterie-Wechsels) bewegt wird. Das Automobil wird dabei mit Hilfe eines angetriebenen Klemmbalken-Systems, dass in die Plattform integriert ist, bewegt, bzw. nach Erreichen der E-Batterie-Wechselposition dort durch das Klemmbalken-System ortsfest positioniert. Die Bewegung des Automobils (vom Abstellort) durch das Klemmbalken-System erfolgt dabei solange, bis der Mittelpunkt M der runden trichterförmigen Aufnahmevorrichtung auf der Position der Funktionslinie liegt. Die Funktionslinie ist dabei die Ablauf-Linie auf der die außerhalb der Plattform für den Wechselprozess notwendigen Aggregate beweglich positioniert sind. Die Funktionslinie ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass sie senkrecht zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs auf die Plattform und damit auf das Automobil zu verläuft. Die Lage-Position der Funktionslinie ist dabei dadurch gekennzeichnet, dass sie im Bewegungs-Ablauf des Klemmbalkensystems als Nulllinie abgespeichert ist. Damit entspricht der Abstand zwischen dem Mittelpunkt M (auf der Funktionslinie liegend) und der senkrecht verlaufenden Hinterkante des Klemmbalkens, der die Hinterräder des Automobils tangiert, dem Distanzwert I/horizontal. Nach Erreichen dieser Position erfolgt das Verklemmen des Automobils mittels des Klemmbalken-Systems. Der Vorgang der exakten ortsfesten Positionierung des Automobils für den Wechsel der E-Batterie ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass in der E-Batterie-Wechselstation das gleiche Klemmbalken-System benutzt wird, wie das beim Hersteller des Automobils für die Vermessung der Distanzwerte I/horizontal und II/vertikal der jeweiligen Automobil-Typen eingesetzte Klemmbalken-System. Da dieses für die verschiedenen Automobiltypen zutrifft, ist eine Normierung des Klemmbalken-Systems anzustreben, was bedeutet, dass bei den verschiedenen Fahrzeugproduzenten als auch den E-Batterie-Wechselstationen das gleiche Klemmbalken-System zum Einsatz kommt. Sind verschiedene Bremsbalken-Systeme sowohl beim Fahrzeughersteller als auch in den E-Batterie-Wechselstationen im Einsatz, so ist die Software hinsichtlich der Bewegungs-Abläufe und der Endpositionierung (Lage der Funktionslinie = Null-Linie) für den Klemm-Vorgang des Automobils entsprechend zu programmieren und auf dem Car-Chip abzuspeichern.
  11. Automatisierte Verstellung der Spurweite der Schienen In den unterschiedlichen Automobiltypen können – in Abhängigkeit von den jeweiligen bautechnischen Gegebenheiten – die im Fahrzeug für den Transport der E-Batterie (mittels des fahrbaren Rahmengestells) installierten Schienen unterschiedliche Spurweiten haben. Zum automatisierten, ohne Zeitverlust ablaufenden Transport der E-Batterie auf den Schienen des Aggregats außerhalb des Automobils ist es notwendig, die Spurweite dieser Schienen variabel zu installieren um sie so der Spurweite der im jeweiligen Fahrzeug-Typ montierten Schienen angleichen zu können. Diese automatisiert ablaufende Verstellung der Spurweite ist dadurch gekennzeichnet, dass sowohl das Signal zur Verstellung als auch die Spurweite selbst durch die auf dem Car-Chip von der Hersteller-Firma des Fahrzeugs hinterlegten Daten gesteuert wird, wobei nach dem Stecken des Car-Chips an der Info-Säule bei Einfahrt des Automobils in die E-Batterie – Wechselstation – diese Daten an die Datenverarbeitungsanlage der Station übermittelt werden, damit diese rechtzeitig für die anschließenden verschiedenen Prozess-Abläufe – wie z. B. die Einstellung der erforderlichen Spurweiten – zur Verfügung stehen.
  12. Weitere techn. Maßnahmen zur Stabilisierung des schlüssigen Kontaktes der Schienenstrang-Enden Als weitere technische Maßnahmen, die den schlüssigen Kontakt der Schienenstrang-Enden beim teilautomatisierten, automatisierten und mobilen E-Batterie-Wechsel verbessern, wird das Anbringen von Nocken oder Zapfen (aggregatseitig) respektive die entsprechenden Vertiefungen (automobilseitig) an bzw. in den Frontleisten der beiden Schienenstrang-Enden vorgeschlagen. Des Weiteren wird ein magnetisch wirkender Kraftschluss zur Stabilisierung des schlüssigen Kontaktes der beiden Schienenstrang-Enden vorgeschlagen. Diese technischen Maßnahmen sind dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzlich zu der Einführung des runden konischen Zentrierdorns in die runde trichterförmige Aufnahmevorrichtung, den schlüssigen Kontakt der Schienenstrang-Enden entsprechend unterstützen und sichern.
  13. Installation eines bordeigenen Computers im Automobil (Automobil-Computer = AC) der dadurch gekennzeichnet ist, dass mit ihm alle automobil-relevanten Daten, Informationen und Signale/Befehle gespeichert bzw. aktiviert werden können, wie z. B. Aktivieren bzw. Deaktivieren der Arretierung des fahrbaren Rahmengestells (mit der eingesetzten E-Batterie), Startbefehl für das fahrbare Rahmengestell, Öffnen/Schließen der Karosserieöffnung für den E-Batteriewechsel. Außerdem kann er selbsttätig (wenn ein E-Batteriewechsel notwendig wird) mit den E-Batterie-Wechselstationen kommunizieren und so den Fahrer des Automobils rechtzeitig mit den notwendigen Informationen versorgen. Ebenso können die relevanten Daten der zu wechselnden bzw. eingewechselten E-Batterie auf ihm gespeichert bzw. abgefragt werden.
  14. Informative Vernetzung der E-Batterie-Wechselstationen die dadurch gekennzeichnet ist, dass z. B. durch Bildung von Leitstationen (flächendeckend) deren Daten-Verarbeitungsanlagen über den Bestand an einsatzfertigen E-Batterien in den einzelnen E-Batterie-Wechselstationen einer Region informiert sind. Der Fahrer des Automobils ist dann in der Lage, nach Vorliegen der Informationen über die Möglichkeiten eines E-Batterie-Wechsels zu entscheiden. Auf dem AC-Display wird nach Positions-Abgleich über ein GPS-System, das in den AC integriert ist, hinsichtlich der Distanz zu den verschiedenen E-Batterie-Wechselstationen und der verbliebenen elektrischen Energie (= Fahrleistung) der im Automobil eingesetzten E-Batterie die E-Batterie-Wechselstationen ausgewiesen, bei denen der E-Batterie-Wechsel vorgenommen werden kann. Der Fahrer entscheidet sich für eine bestimmte E-Batterie-Wechselstation, bestellt die entsprechende E-Batterie und erhält die Bestätigung seiner Bestellung bzw. der Reservierung der entsprechenden E-Batterie von der E-Batterie-Wechselstation via AC. Mittels eines in den AC integrierten Navigationssystems wird der Fahrer dann zu der E-Batterie-Wechsel-Station geleitet, die er für den E-Batterie-Wechsel ausgewählt hat.
  15. Kosten und Bezahlung des E-Batterie-Wechsels Der Preis für die E-Batterie, die zum Antrieb eines Automobils genutzt wird, ist dem Käufer eines Automobils nur einmal bei Neukauf des Fahrzeugs in Rechnung zu stellen. Bei jedem zum Fahrbetrieb anschließend notwendigen E-Batterie-Wechsel an einer E-Batterie-Wechselstation ist vom Fahrer des Automobils nur der Aufwand für den Wechsel sowie die mit dem E-Batterie-Wechsel erhaltene elektrische Energie zu bezahlen. Für den eingewechselten E-Batterie-Körper werden dem Fahrer keine Kosten in Rechnung gestellt. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass Einrichtungen (sog. Pools) gebildet werden, an denen der Automobil-Hersteller, der E-Batterie-Hersteller und der Betreiber der E-Batterie-Wechselstation beteiligt sind. Der Betreiber der E-Batterie-Wechsel-Station ist dabei verantwortlich für den Gütezustand der eingewechselten E-Batterie. Aussortierte E-Batterien werden vom E-Batterie-Hersteller kostenlos für den Kunden zurückgenommen. Das Verfahren der Bildung von Pools ist dabei weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass gemeinsam entsprechende Qualitätsstandards für die im Einsatz und Umlauf befindlichen E-Batterien z. B. bzgl. Alter, Ladekapazität, Anzahl der Wechsel-Zyklen festgelegt werden, die für die E-Batterie-Wechselstationen verbindlich sind und dem Automobilbesitzer ein Höchstmaß an Gewährleistung hinsichtlich Qualität und Funktionsfähigkeit der eingewechselten E-Batterien garantieren. Der Ablauf der Bezahlung des E-Batterie-Wechsels durch den Kunden ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass der Kunden eine schriftliche Quittung erhält, auf der die relevanten Daten bzgl. des E-Batteriewechsels z. B. Betrag, Ifd. Nummer der Wechselfolge, Datum, Uhrzeit, Automobil-Typ, Typ der eingewechselten E-Batterie, Hersteller der E-Batterie, die Serien-Nr., Herstellungsdatum der E-Batterie, Adresse und Telefonnummer E-Batterie-Wechselstation in der der E-Batterie-Wechsel stattgefunden hat usw. ausgedruckt sind. Diese Angaben und Informationen werden außerdem von der Daten-Verarbeitungsstelle der E-Batterie-Wechsel-Station (bei jedem Batterie-Wechsel) an den AC des Automobils übermittelt und dort gespeichert.
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