DE102016222853A1

DE102016222853A1 - Koppeleinrichtung zum Herstellen und Trennen einer energieübertragenden Steckverbindung, und Energiezuführsystem mit einer solchen Koppeleinrichtung

Info

Publication number: DE102016222853A1
Application number: DE102016222853.6A
Authority: DE
Inventors: Alexander Kupfer; Ilias Gkoumas
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2016-11-21
Filing date: 2016-11-21
Publication date: 2018-05-24
Anticipated expiration: 2036-11-22
Also published as: CN108092076A; CN108092076B; US10144299B2; US20180141448A1; DE102016222853B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Koppeleinrichtung (1) zum Herstellen und Trennen einer energieübertragenden Steckverbindung, mit einem entlang einer Steckrichtung zum Einstecken in eine korrespondierende Steckeraufnahme verlagerbaren Stecker (3), und mit einer Antriebseinrichtung (5), die mit dem Stecker (3) zu dessen Verlagerung wirkverbunden ist. Dabei ist vorgesehen, dass der Stecker (3) in einem entkoppelten Zustand der Koppeleinrichtung (1) relativ zu der Steckrichtung in einer Ruhelage gekippt anordenbar ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Energiezuführsystem mit einer solchen Koppeleinrichtung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Koppeleinrichtung zum Herstellen und Trennen einer energieübertragenden Steckverbindung sowie ein Energiezuführsystem zur Zuführung von Energie in ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Koppeleinrichtung.
Insbesondere zum automatischen Herstellen und Trennen von Steckverbindungen werden üblicherweise Gestänge- oder Hebelanordnungen verwendet, um einen Stecker linear in Steckrichtung zu verlagern. Hierfür geeignete mechanische Anordnungen benötigen einen großen Bauraum in Steckrichtung. Da der Stecker insbesondere mit seinem Steckerkopf vollständig aus der Mechanik herausragen muss, um korrekt in eine korrespondierende Steckeraufnahme, beispielsweise eine Steckdose, eingesteckt werden zu können, muss die Befestigung der Mechanik an dem Stecker sowie die Krafteinleitung durch die Mechanik in den Stecker unterhalb des Steckerkopfs angebracht sein. Somit ist festgelegt, dass die Bauhöhe der Mechanik insgesamt - einschließlich des Steckers - größer ist als die in Steckrichtung gemessene Steckerhöhe. Dies ist insbesondere dann nachteilig, wenn die Koppeleinrichtung geeignet sein soll, um eine Steckverbindung im Bereich eines Unterbodens eines Kraftfahrzeugs herzustellen und dafür unter dem Kraftfahrzeug verlagerbar sein soll. Naturgemäß ergibt sich bei einer solchen Anwendung eine sehr restriktive Höhenbeschränkung für die Koppeleinrichtung und damit zugleich auch für die Verlagerungsmechanik des Steckers sowie für diesen selbst.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Koppeleinrichtung zum Herstellen und Trennen einer energieübertragenden Steckverbindung sowie ein Energiezuführsystem zur Zuführung von Energie in ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Koppeleinrichtung zu schaffen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten.
Die Aufgabe wird gelöst, indem die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche geschaffen werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem eine Koppeleinrichtung zum Herstellen und Trennen einer energieübertragenden Steckerverbindung geschaffen wird, welche einen entlang einer Steckrichtung zum Einstecken in eine korrespondierende Steckeraufnahme verlagerbaren Stecker sowie eine Antriebseinrichtung aufweist, die mit dem Stecker zu dessen Verlagerung wirkverbunden ist. Die Antriebseinrichtung ist also insbesondere eingerichtet und angeordnet, um den Stecker zum Zweck des Herstellens und Trennens einer Steckverbindung zu verlagern. Dabei ist vorgesehen, dass der Stecker in einem entkoppelten Zustand der Koppeleinrichtung relativ zu der Steckrichtung in einer Ruhelage gekippt anordenbar ist. Es hat sich insoweit gezeigt, dass typische Stecker - in Stecklage und in Steckrichtung gemessen - eine Höhe aufweisen, die größer ist als eine in Stecklage senkrecht zur Steckrichtung gemessene Breite. Die Bauhöhe der Koppeleinrichtung kann daher vorteilhaft reduziert werden, wenn der Stecker in seiner Ruhelage und in entkoppeltem Zustand der Koppeleinrichtung nicht entlang der Steckrichtung ausgerichtet ist, sondern vielmehr relativ zu dieser gekippt. Eine minimale Bauhöhe der gesamten Verlagerungsmechanik einschließlich des Steckers kann dann besonders bevorzugt nur noch durch die Breite desselben und nicht mehr durch die Höhe definiert sein. Beim Herstellen oder Trennen der Steckverbindung wird der Stecker demnach nicht ausschließlich linear in Steckrichtung verlagert, sondern zusätzlich gekippt oder verschwenkt.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass der Stecker in seiner Ruhelage um 90° zu der Steckrichtung gekippt oder verschwenkt anordenbar ist.
Die Koppeleinrichtung ist bevorzugt eingerichtet zum automatischen Herstellen und Trennen einer Steckverbindung, wobei besonders bevorzugt die Antriebseinrichtung vorgesehen ist, um den Stecker automatisch von seiner Ruhelage in seine Stecklage - und zurück - zu verlagern und somit die Steckverbindung herzustellen oder zu trennen.
Unter einer Steckrichtung wird insbesondere eine Richtung verstanden, entlang derer der Stecker bestimmungsgemäß in eine korrespondierende Steckeraufnahme, beispielsweise eine Steckdose, eingesteckt wird. Somit ist die Steckrichtung insbesondere definiert durch eine letzte, lineare Verlagerungsbewegung des Steckers beim Herstellen der Steckverbindung, sowie entsprechend eine erste lineare Verlagerungsbewegung des Steckers beim Trennen der Steckverbindung. Außerhalb dieses eigentlichen Steckvorgangs ist es möglich, dass der Stecker andere, auch nicht lineare, Bewegungen vollführt oder verschwenkt oder verkippt wird.
Unter einer Steckeraufnahme wird eine Einrichtung verstanden, die derart mit dem Stecker korrespondierend ausgebildet ist, dass der Stecker zum Zwecke einer Energieübertragung in die Steckeraufnahme einsteckbar ist. Entsprechend wird unter einem Stecker eine Einrichtung verstanden, die eingerichtet ist, um in eine korrespondierende Steckeraufnahme derart eingesteckt zu werden, dass eine Energieübertragung zwischen dem Stecker und der Steckeraufnahme erfolgen kann.
Unter einem entkoppelten Zustand der Koppeleinrichtung wird ein Zustand verstanden, in welchem der Stecker nicht in eine Steckeraufnahme eingesteckt ist. Entsprechend wird unter einem gekoppelten Zustand der Koppeleinrichtung ein Zustand verstanden, in welchem der Stecker in eine Steckeraufnahme eingesteckt ist. Eine Steckeraufnahme kann im Übrigen insbesondere eine Steckdose sein.
Unter einer Ruhelage des Steckers wird entsprechend eine Lage desselben verstanden, die dieser einnimmt, wenn er nicht in eine Steckeraufnahme eingesteckt ist oder eingesteckt wird. Entsprechend bezeichnet eine Stecklage des Steckers eine Lage, in welcher der Stecker durch eine lineare Bewegung in Steckrichtung in eine Steckeraufnahme einsteckbar oder bereits in eine Steckeraufnahme eingesteckt ist.
Die Koppeleinrichtung ist bevorzugt eingerichtet zum Herstellen und Trennen einer elektrischen Steckverbindung, wobei der Stecker als elektrischer Stecker und die Steckeraufnahme als elektrische Steckdose ausgebildet sind. Insbesondere ist es möglich, dass der Stecker und ganz besonders ein Steckerkopf desselben gemäß einer zugelassenen Steckernorm nach IEC 62196 in der an dem den Zeitrang der vorliegenden Anmeldung bestimmenden Tag gültigen Fassung ausgebildet ist.
Es ist aber auch möglich, dass die Koppeleinrichtung eingerichtet ist zum Herstellen und Trennen einer Steckverbindung, die zur Übertragung anderer Energieformen dient, beispielsweise zum Durchleiten von chemischer Energie, insbesondere in Form eines Brennstoffs, beispielsweise eines flüssigen Brennstoffs oder eines Brenngases. Mit der Steckverbindung wird dann insbesondere eine strömungstechnische Verbindung zur Durchleitung eines chemischen Stoffs oder Stoffgemischs geschaffen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Koppeleinrichtung eine Umlenkeinrichtung aufweist, die eingerichtet ist, um den Stecker aus seiner gekippten Lage, das heißt insbesondere aus der Ruhelage, in die in Steckrichtung ausgerichtete Stecklage umzulenken. Bevorzugt ist die Umlenkeinrichtung zusätzlich auch eingerichtet, um den Stecker umgekehrt aus seiner Stecklage in seine gekippte Ruhelage umzulenken. Die Umlenkeinrichtung ermöglicht in einfacher und sicherer Weise ein Verschwenken des Steckers aus seiner gekippten Lage in seine Stecklage und umgekehrt. Insbesondere wird der Stecker durch die Umlenkeinrichtung in der beschriebenen Weise umgelenkt, wenn er durch die Antriebseinrichtung in Richtung eines gekoppelten Zustands - oder zurück in Richtung des entkoppelten Zustands - angetrieben wird.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Antriebseinrichtung wenigstens einen Schubkettenantrieb aufweist. Eine Kraftübertragung auf den Stecker wird also bevorzugt mittels Schubkettenantrieb umgesetzt. Dadurch ist es möglich, eine Kraft in den Stecker über dessen gesamte Bewegung und insbesondere auch in Steckrichtung gleichförmig zu übertragen. Weiterhin kann der als Schubkettenantrieb ausgebildete Antriebsmechanismus im Fall einer zu großen Gegenkraft entgegen der Steckrichtung nachgeben, ohne dabei beschädigt zu werden.
Der Schubkettenantrieb weist bevorzugt zwei Schubketten auf. Diese greifen bevorzugt seitlich an je an einer Seite des Steckers an dem Stecker an. Hierdurch wird die Antriebskraft symmetrisch beidseitig in den Stecker eingeleitet, und es entsteht in der Mitte zwischen den beiden Schubketten Raum, um die Umlenkeinrichtung anzuordnen.
Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt vorgesehen, dass die Schubketten an einem Steckerfuß des Streckers angreifen. Dadurch kann der Schubkettenantrieb möglichst weit entfernt von einem Steckerkopf mit dem Stecker verbunden sein, sodass dem Einsteckvorgang selbst insoweit keine mechanischen Hindernisse entgegenstehen.
Unter einem Steckerfuß wird im Übrigen insbesondere ein Teil des Steckers verstanden, welcher - in Stecklage und in Steckrichtung gesehen - unterhalb des unmittelbar zum Einstecken in eine Steckeraufnahme ausgebildeten und eingerichteten Steckerkopfes angeordnet ist, wobei der Steckerfuß insbesondere selbst nicht in die Steckeraufnahme eingreift.
Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt vorgesehen, dass die Schubketten über eine gemeinsame Achse, besonders bevorzugt über eine gemeinsame Welle, antreibbar sind. Die gemeinsame Achse oder Welle ist bevorzugt elektromechanisch, insbesondere mittels eines Elektromotors, antreibbar. Somit ist es insbesondere möglich, beide Schubketten mit einem gemeinsamen Motor anzutreiben, wobei deren Kopplung über eine gemeinsame Achse oder Welle zugleich den Vorteil bietet, dass die Schubketten stets eine symmetrische Bewegung vollführen, wobei auch eine Krafteinleitung in die Schubketten und in den Stecker symmetrisch erfolgen kann.
Die Schubketten sind mit dem Steckerfuß bevorzugt über eine Verbindungsachse oder Verbindungswelle verbunden, welche sich durch eine Halterung am Steckerfuß erstreckt. Dabei definiert die Verbindungsachse oder Verbindungswelle, welche die Schubketten mit dem Steckerfuß verbindet, zugleich auch eine Dreh- oder Schwenkachse des Steckers für dessen Schwenk- oder Kippbewegung aus seiner Ruhelage in die Stecklage und umgekehrt.
Durch die Schubketten wird der Stecker bei seiner Verlagerung aus der Ruhelage in die Stecklage bevorzugt gegen die Umlenkeinrichtung gefahren, wodurch er sich um die Drehachse dreht und sich in Steckrichtung aufrichtet. Werden die Schubketten dann weiter ausgefahren, bewegt sich der Stecker linear in Steckrichtung fort.
Der Schubkettenantrieb weist bevorzugt eine Kettenführung auf, die eingerichtet ist, um die wenigstens eine Schubkette, vorzugsweise die beiden Schubketten, zu führen und insbesondere aus einer ersten Orientierung schräg, vorzugsweise senkrecht zur Steckrichtung, in Steckrichtung umzulenken. Vorzugsweise ist jeder Schubkette eine separate Kettenführung zugeordnet.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Umlenkeinrichtung eine Umlenkrampe aufweist, auf welcher der Stecker bei seiner Verlagerung aus der Ruhelage in die Stecklage - und umgekehrt - abläuft, wobei der Stecker aus seiner gekippten Lage in Steckrichtung umlenkbar ist - und insbesondere auch umgekehrt. Dabei ist es möglich, dass die Umlenkrampe als lineare Rampe, insbesondere als Schrägfläche, ausgebildet ist. Besonders bevorzugt weist die Umlenkrampe allerdings eine gekrümmte Form auf, wobei sie insbesondere der Drehbewegung des Steckers um dessen Drehachse von der Ruhelage in die Stecklage - und umgekehrt - folgt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Umlenkrampe mittig zwischen den Schubketten des Schubkettenantriebs angeordnet ist. Dadurch ist zum einen eine günstige bauliche Trennung zwischen der Antriebseinrichtung einerseits und der Umlenkeinrichtung andererseits möglich, wobei zum anderen auch eine bauraumsparende Anordnung realisiert wird. Ferner kann das Dreh- oder Kippmoment zum Umlenken des Steckers durch die Umlenkeinrichtung in besonders günstiger Weise mittig in den Stecker eingeleitet werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist die Koppeleinrichtung eine Führungseinrichtung auf, die eingerichtet ist um den Stecker bei seiner Verlagerung entlang der Steckrichtung zu führen. Auf diese Weise kann die Steckbewegung des Steckers auf eine Steckeraufnahme zu sowie beim Einstecken in die Steckeraufnahme in definierter und geführter Weise erfolgen. Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass der Stecker erst dann mit der Führungseinrichtung in Eingriff kommt, wenn er bereits in Steckrichtung umgelenkt ist, wobei er mit der Führungseinrichtung außer Eingriff kommt, wenn er aus der Stecklage in seine Ruhelage verlagert wird.
Vorzugsweise weist die Führungseinrichtung eine Teleskopführung auf, wobei die Führungseinrichtung insbesondere bei der Verlagerung des Steckers entlang der Steckrichtung teleskopierbar aus- und einfahren kann. Auf diese Weise kann der Stecker sehr einfach und zugleich sicher und stabil geführt werden. Dabei kann die Teleskopführung vergleichsweise leicht bauen, da sie lediglich Kräfte aufnehmen muss, die radial zur Steckrichtung, das heißt insbesondere senkrecht zu dieser verlaufen, während die in Steckrichtung an dem Stecker angreifenden Kräfte durch die Schubketten abgestützt werden. Die Teleskopführung weist bevorzugt zwei seitlich des Steckers angeordnete Teleskopelemente als Führungselemente auf, die - im Querschnitt gesehen - rechteckig und somit insbesondere flach, alternativ aber auch rund ausgebildet sein können.
Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt vorgesehen, dass die Führungseinrichtung eine Scherenmechanik aufweist. Dabei ist es möglich, dass seitlich des Steckers jeweils auf beiden Seiten ein als Scherenelement ausgebildetes Führungselement vorgesehen ist. Selbstverständlich sind auch andere geeignete Ausgestaltungen einer Führungseinrichtung möglich und anwendbar.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Führungseinrichtung eine Steckerhalterung aufweist, mit welcher der Stecker in seiner Stecklage formschlüssig und/oder kraftschlüssig lösbar verbindbar ist. Insbesondere wird der Stecker vorzugsweise bei seiner Verlagerung aus der Ruhelage in die Stecklage mit der Steckerhalterung lösbar verbunden, besonders bevorzugt erst dann, wenn er vollständig in Steckrichtung geschwenkt ist, wobei er bei seiner Zurückverlagerung von der Stecklage in die Ruhelage bevorzugt wieder von der Steckerhalterung gelöst wird.
Die Steckerhalterung ist vorzugsweise an den Führungselementen der Führungseinrichtung, beispielsweise an einer Teleskopführung und/oder einer Scherenmechanik, befestigt, wobei bevorzugt diese Führungselemente die Steckerhalterung beidseitig tragen.
Zur formschlüssigen Verbindung miteinander können der Stecker und die Steckerhalterung jeweils komplementär oder korrespondierend ausgebildete Formschlusselemente, beispielsweise Vorsprünge und Ausnehmungen oder Elemente nach dem Prinzip von Nut und Feder, aufweisen. Eine kraftschlüssige Verbindung des Steckers mit der Steckerhalterung kann in bevorzugter Weise über Magnete bewirkt werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steckerhalterung wenigstens einen Konusmagnet aufweist, der in Stecklage mit einem Gegenmagnet an dem Stecker zusammenwirkt. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, dass der Stecker wenigstens einen Konusmagnet aufweist, der mit einem Gegenmagnet an der Steckerhalterung zusammenwirkt. Ein solcher Konusmagnet weist vorzugsweise eine konische Form auf und ist in einer konischen Bohrung angeordnet, wobei er in der konischen Bohrung zentriert und gegen eine konische Wandung der konischen Bohrung gedrängt wird, wenn er von dem Gegenmagnet angezogen wird. Über die magnetische Wechselwirkung zwischen dem Konusmagnet und dem Gegenmagnet wird zugleich mit der Zentrierung des Konusmagnet in der konischen Bohrung auch der Gegenmagnet ausgerichtet und insbesondere mit Bezug auf die konische Bohrung zentriert. Der Gegenmagnet kann insbesondere als Stabmagnet ausgebildet sein. Eine lösbare Verbindung des Steckers mit der Steckerhalterung über einen Konusmagnet und einen entsprechenden Gegenmagnet kombiniert in vorteilhafter Weise eine formschlüssige Verbindung - über die konische Form des Konusmagnet und die konische Bohrung - mit einer kraftschlüssigen Verbindung - über die magnetische Wechselwirkung zwischen dem Konusmagnet und dem Gegenmagnet.
Selbstverständlich ist auch eine rein mechanische und/oder eine rein magnetische lösbare Befestigung des Steckers an der Steckerhalterung möglich.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Koppeleinrichtung als selbstfahrende Koppeleinheit ausgebildet ist. Auf diese Weise kann eine besonders einfache und zugleich sichere sowie automatisierte Herstellung und Trennung der Steckverbindung erfolgen. Besonders bevorzugt ist die Koppeleinrichtung als Laderoboter, insbesondere zur selbsttätigen Herstellung und Trennung einer Steckverbindung, insbesondere zum elektrischen Aufladen eines Kraftfahrzeugs, ausgebildet.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Koppeleinrichtung zur freien Verlagerung unter einem Kraftfahrzeug ausgebildet ist. Dabei ist sie bevorzugt insbesondere eingerichtet, um eine Steckverbindung des Steckers mit einer an einem Unterboden des Kraftfahrzeugs vorgesehenen Steckeraufnahme zu bewirken, wobei die Steckrichtung insbesondere - bezogen auf eine Aufstandsfläche oder Bodenfläche des Kraftfahrzeugs - vertikal ausgerichtet ist. Insbesondere bei einer derart ausgestalteten Koppeleinrichtung verwirklichen sich in besonderer Weise die bereits zuvor beschriebenen Vorteile, insbesondere weil unter einem Kraftfahrzeug nur eine geringe Bauhöhe zur Verfügung steht.
Die Koppeleinrichtung weist bevorzugt eine insbesondere in Ruhelage des Steckers gemessene maximale Höhe, gemessen über einer Bodenfläche, auf welcher die Koppeleinrichtung aufsteht, von höchstens 25 cm, vorzugsweise höchstens 22 cm, vorzugsweise höchstens 20 cm, vorzugsweise höchstens 15 cm, vorzugsweise höchstens 11 cm, auf. Besonders bevorzugt beträgt die maximale Höhe mindestens 2 cm, vorzugsweise mindestens 3 cm, vorzugsweise mindestens 4 cm, vorzugsweise mindestens 5 cm, vorzugsweise mindestens 6 cm, vorzugsweise mindestens 7 cm, vorzugsweise mindestens 8 cm, vorzugsweise mindestens 9 cm, vorzugsweise mindestens 10 cm. Besonders bevorzugt beträgt die maximale Höhe 8 cm. Mit den hier angegebenen Höhen ist die Koppeleinrichtung geeignet, unter herkömmlichen Kraftfahrzeugen, insbesondere Personenkraftwagen, frei verlagert werden zu können.
Die Aufgabe wird schließlich auch gelöst, indem ein Energiezuführsystem zur Zuführung von Energie in ein Kraftfahrzeug geschaffen wird, welches eine Koppeleinrichtung nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele aufweist. Das Energiezuführsystem weist außerdem ein Kraftfahrzeug auf, wobei das Kraftfahrzeug an einer Unterseite, insbesondere an einem Unterboden, eine Steckeraufnahme aufweist, in welcher der Stecker der Koppeleinrichtung entlang einer - vorzugsweise vertikal orientierten - Steckrichtung einsteckbar ist. Dabei verwirklichen sich in Zusammenhang mit dem Energiezuführsystem insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit der Koppeleinrichtung erläutert wurden.
Es ist möglich, dass die Steckrichtung nicht exakt vertikal ausgerichtet ist, vielmehr kann sie auch schräg nach oben verlaufen. Es ist aber auch eine genau vertikal orientierte Steckrichtung möglich.
Das Kraftfahrzeug ist vorzugsweise als Personenkraftwagen ausgebildet.
Das Energiezuführsystem ist bevorzugt zur Zuführung von elektrischer Energie in das Kraftfahrzeug ausgebildet, wobei der Stecker insbesondere als elektrischer Stecker und die Steckeraufnahme insbesondere als elektrische Steckdose ausgebildet sind.
Mit dem Energiezuführsystem ist es insbesondere in sehr einfacher und automatisierbarer Weise, insbesondere in automatisierter Weise, möglich, einem Kraftfahrzeug Energie zuzuführen, insbesondere einen elektrischen Energiespeicher eines zumindest auch elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs aufzuladen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

1 eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Koppeleinrichtung;
2 eine schematische Detaildarstellung des Ausführungsbeispiels der Koppeleinrichtung gemäß 1 ;
3 eine Darstellung der Funktionsweise des Ausführungsbeispiels der Koppeleinrichtung gemäß 1, und
4 eine weitere, schematische Detaildarstellung des Ausführungsbeispiels der Koppeleinrichtung gemäß den 1 bis 3.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Koppeleinrichtung 1, die eingerichtet ist zum Herstellen und Trennen einer energieübertragenden - vorzugsweise elektrischen - Steckverbindung, die einen entlang einer Steckrichtung zum Einstecken in eine nicht dargestellte, korrespondierende Steckeraufnahme verlagerbaren Stecker 3 sowie eine Antriebseinrichtung 5 aufweist, wobei die Antriebseinrichtung 5 mit dem Stecker 3 zu dessen Verlagerung wirkverbunden ist. Der Stecker 3 ist dabei in einem in 1 dargestellten, entkoppelten Zustand der Koppeleinrichtung 1, in welchem er nicht in die Steckeraufnahme eingesteckt ist, relativ zu der Steckrichtung in einer Ruhelage gekippt anordenbar und hier auch gekippt angeordnet. Dabei erstreckt sich die Steckrichtung hier insbesondere senkrecht zu einer Bodenebene 7 der Koppeleinrichtung 1. Durch die in der Ruhelage relativ zu der Steckrichtung gekippte Anordnung des Steckers 3 kann die Koppeleinrichtung 1 in dem entkoppelten Zustand besonders klein und insbesondere mit einer geringen - in Steckrichtung gemessenen - Höhe ausgebildet sein, weil der Stecker 3 typischerweise eine Breite aufweist, die kleiner ist als seine in der Stecklage in Steckrichtung gemessenen Höhe. Somit ist insbesondere die minimale Höhe der Koppeleinrichtung 1 nicht mehr durch die Höhe des Steckers 3, sondern vielmehr durch dessen Breite bestimmt.
Die Koppeleinrichtung 1 weist außerdem eine im Folgenden noch näher erläuterte Umlenkeinrichtung 9 auf, die eingerichtet ist, um den Stecker 3 aus seiner gekippten Lage - das hießt insbesondere seiner Ruhelage - in seine in Steckrichtung ausgerichtete Stecklage umzulenken, wenn der Stecker durch die Antriebseinrichtung 5 in Richtung eines gekoppelten Zustands der Koppeleinrichtung 1 angetrieben wird. Umgekehrt ist die Umlenkeinrichtung 9 auch eingerichtet, um den Stecker aus der Stecklage in seine gekippte Ruhelage umzulenken, wenn er durch die Antriebseinrichtung 5 in Richtung des entkoppelten Zustands der Koppeleinrichtung 1 angetrieben wird.
Die Antriebseinrichtung 5 weist wenigstens einen Schubkettenantrieb auf, der hier insbesondere zwei Schubketten 11 aufweist, die seitlich an je einer Seite des Steckers 3 angeordnet sind und an einem Steckerfuß 13 des Steckers 3 angreifen. Insbesondere sind sie bevorzugt über eine Verbindungsachse oder Verbindungswelle mit dem Steckerfuß 13 verbunden, welche zugleich die Schwenkachse für die Kippbewegung des Steckers 3 aus seiner Ruhelage in seine Stecklage - und umgekehrt - definiert.
Die Schubketten 11 sind über eine gemeinsame Antriebswelle 15 antreibbar, wobei die Antriebswelle 15 bevorzugt mit einem nicht dargestellten, vorzugsweise elektromechanischen Antrieb, insbesondere einem Elektromotor, antriebswirkverbunden ist. Über die gemeinsame Antriebswelle 15 können die Schubketten 11 synchron und mit symmetrischer Kraftaufteilung angetrieben werden.
Die Umlenkeinrichtung 9 ist hier mittig zwischen den Schubketten 11 angeordnet, was zum einen aus Bauraumgründen und zum anderen für eine symmetrische Einleitung eines Kippmoments in den Stecker 3 günstig ist.
Die Koppeleinrichtung 1 weist außerdem für jede der Schubketten 11 jeweils eine Kettenführung 17 auf, die insbesondere eingerichtet sind zum Umlenken der Schubketten 11 aus ihrer mit Bezug zu der Bodenebene 7 horizontalen Lage in die in Steckrichtung ausgerichtete, vertikale Orientierung beim Verlagern des Steckers 3 aus der Ruhelage in die Stecklage.
Die Koppeleinrichtung 1 weist außerdem eine Führungseinrichtung 19 auf, die eingerichtet ist, um den Stecker 3 bei seiner Verlagerung in Steckrichtung zu führen. Dabei ist die Führungseinrichtung 19 hier als Teleskopführung ausgebildet und weist seitlich an je einer Seite des Steckers jeweils ein Teleskopelement 21 auf, wobei die Teleskopelemente 21 hier jeweils einen rechteckigen Querschnitt aufweisen und flach ausgebildet sind. Es ist alternativ oder zusätzlich auch möglich, dass die Führungseinrichtung 19 runde Teleskopelemente aufweist, und/oder dass die Führungseinrichtung 19 - zusätzlich oder alternativ zu den Teleskopelementen 21 - eine Scherenmechanik mit entsprechenden Scherenelementen aufweist. Die Führungseinrichtung 19 muss nicht besonders stabil ausgebildet sein, weil sie lediglich Kräfte senkrecht zur Steckrichtung aufnehmen muss, wobei in Steckrichtung wirkende Kräfte von den Schubketten 11 aufgenommen werden.
Die Führungseinrichtung 19 weist außerdem eine Steckerhalterung 23 auf, mit welcher der Stecker 3 in seiner Stecklage formschlüssig und/oder kraftschlüssig - hier insbesondere form- und kraftschlüssig - lösbar verbindbar ist. Dazu weist die Steckerhalterung 23 bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wenigstens einen Konusmagnet, hier genau vier Konusmagnete 25 auf, die mit entsprechenden Gegenmagneten, von denen hier ein Gegenmagnet 27 dargestellt ist, in der Stecklage des Steckers 3 zusammenwirken, um diesen form- und kraftschlüssig lösbar mit der Steckerhalterung 23 zu verbinden. Dabei erfolgt die Verbindung des Steckers 3 mit der Steckerhalterung 23 erst bei oder nach dessen Einschwenken in die Stecklage, und der Stecker 3 wird von der Steckerhaltung 23 getrennt, wenn er aus der Stecklage wieder in die Ruhelage geschwenkt wird. Die Funktion der Konusmagnete 25 wird in Zusammenhang mit 4 näher erläutert.
Die Hauptfunktion der Führungseinrichtung 19 ist im Übrigen darin zusehen, die Lage des Steckers 3 bei dessen Verlagerung in Steckrichtung zu definieren, wobei sie keine Steckkraft aufnehmen muss, die vielmehr über die Drehachse des Steckers direkt an die Schubketten 11 abgegeben wird. Daher muss die Führungseinrichtung 19 nur geringe Lasten aufnehmen können.
2 zeigt eine schematische Detaildarstellung des Ausführungsbeispiels der Koppeleinrichtung 1 gemäß 1. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Dabei ist hier insbesondere eine der beiden Schubketten 11 dargestellt, wobei alles, was in 2 zu der dort dargestellten Schubkette 11 gesagt wird, auch für die andere der beiden Schubketten 11 gilt, da diese bevorzugt identisch ausgebildet sind. Die Schubketten 11 weisen Kettenglieder 29 auf, die über Gelenkachsen 31 miteinander verbunden sind. Außerdem weist jedes Kettenglied 29 einen Kettenanschlag 33 auf, wobei die Kettenanschläge 33 alle auf einer selben Seite der Schubkette 11 angeordnet sind und in für sich genommen bekannter Weise bewirken, dass die Schubkette 11 in eine erste Richtung - in 2 im Uhrzeigersinn nach rechts - umgelenkt werden kann, wobei die Kette in die entgegengesetzte Richtung - in 2 entgegen dem Uhrzeigersinn nach links - nicht umgelenkt werden kann, weil dies durch die Kettenanschläge 33 verhindert wird. Insbesondere kann die Kette in diese zweite, durch die Kettenanschläge 33 gesperrte Richtung nicht einknicken.
Um insbesondere die Steckkräfte, welche in Steckrichtung auf den Stecker 3 wirken, sicher aufnehmen zu können, ist hier die Verbindungswelle 35, mit der die Schubketten 11 an dem Stecker 3 angreifen, um eine bestimmte Distanz Δx aus einer Mittelebene 37 der Schubkette 11 heraus in Richtung der Kettenanschläge 33 verschoben. Eine entlang der Steckrichtung in die Schubkette 11 eingeleitete Kraft F_z führt daher zu einem Knickmoment, welches tendenziell versucht, die Schubkette 11 um die oberste Gelenkachse 31 in Richtung der Kettenanschläge 33 zu knicken, was aber durch die Kettenanschläge 33 verhindert wird. Somit wird durch die außermittige Anordnung der Verbindungswelle 35 an der Schubkette 11 in Richtung der Kettenanschläge 33 insgesamt ein Einknicken der Schubkette 11 verhindert, sodass diese die in Steckrichtung wirkenden Kräfte sicher und stabil aufnehmen kann.
Vorzugsweise ist zusätzlich vorgesehen, dass die Kettenführungen 17 in Steckrichtung gesehen lang genug ausgeführt sind, sodass sie stets mindestens zwei der Kettenglieder 29 führen.
3 zeigt eine schematische Darstellung der Funktionsweise des Ausführungsbeispiels der Koppeleinrichtung 1 gemäß 1. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Dabei zeigt die Abfolge der einzelnen 3a) bis 3e) in einzelnen Schritten die Verlagerung des Steckers 3 von seiner in 3a) dargestellten Ruhelage in die in 3e) dargestellte Stecklage, dort insbesondere in gekoppeltem Zustand der Koppeleinrichtung 1, wobei allerdings die Steckeraufnahme, in welche der Stecker 3 in dem gekoppelten Zustand eingesteckt ist, nicht dargestellt ist.
Dabei zeigt sich, dass der Stecker 3 zunächst durch die Schubketten 11 gegen die Umlenkeinrichtung 9 gefahren wird, auf welcher er abläuft und durch welche er aus seiner Ruhelage in die Stecklage geschwenkt wird. Ist diese Schwenkbewegung - wie in 3c) dargestellt - abgeschlossen, wird der Stecker 3 mit der Steckerhalterung 23 lösbar verbunden, und bei einer weiteren Verlagerung der Schubketten 11 in Steckrichtung wird - wie in 3d) dargestellt - die Steckerhalterung 23 mit dem Stecker 3 in Steckrichtung - hier nach oben - verlagert, wobei die Teleskopelemente 21 der Führungseinrichtung 19 teleskopierend ausfahren. Dabei verhindert die Führungseinrichtung 19, dass eine Bewegung in einer Ebene senkrecht zur Steckrichtung des Steckers 3 erfolgt.
Der Einsteckvorgang des Steckers 3 in die hier nicht dargestellte Steckeraufnahme ist bevorzugt in der in 3e) dargestellten Position abgeschlossen, es ist aber vorzugsweise auch möglich, den Stecker 3 noch weiter in Steckrichtung zu verlagern.
Anhand von 3d) und e) zeigt sich auch, dass die Umlenkeinrichtung 9 bevorzugt eine Umlenkrampe 39 aufweist, auf welcher der Stecker 3 bei seiner Verlagerung aus der Ruhelage in die Stecklage abläuft, wobei er aus der gekippten Lage in Steckrichtung umgelenkt wird. Der Stecker 3 wird also durch die Schubketten 11 gegen die Umlenkrampe 39 gefahren, wobei er sich dann um die durch die Verbindungswelle 35 definierte Drehachse dreht und sich aufrichtet. Werden nun die Schubketten 11 weiter ausgefahren, bewegt sich der Stecker 3 - geführt von der Führungseinrichtung 19 - entlang der Steckrichtung linear weiter. Die Umlenkrampe 39 ist hier mittig zwischen den Schubketten 11 angeordnet.
Anhand von 3e) zeigt sich noch, dass die Steckerhalterung 23 bevorzugt so ausgeführt und mit dem Stecker 3 derart verbunden ist, dass ein Steckerkopf 41- der in die hier nicht dargestellte, korrespondierende Steckeraufnahme eingesteckt wird - immer um eine bestimmte Strecke über die Steckerhalterung 23 übersteht, was letztlich unverzichtbar ist, um den Stecker 3 vollständig in die Steckeraufnahme einstecken zu können.
4 zeigt eine weitere Detaildarstellung des Ausführungsbeispiels der Koppeleinrichtung 1 gemäß den 1 bis 3. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Dabei sind hier die Steckeraufnahme 23 mit einem Konusmagnet 25 sowie der Steckerfuß 13 mit einem Gegenmagnet 27 in einer schematischen Schnittdarstellung dargestellt, wobei deutlich wird, dass der Konusmagnet 25 in einer konischen Bohrung 43 angeordnet ist. Der Gegenmagnet 27 ist dagegen bevorzugt als Stabmagnet ausgebildet, und in einer Bohrung, insbesondere einer zylindrischen Bohrung 45 des Steckerfußes 13 angeordnet. Durch die magnetische Anziehung des Konusmagnet 25 und des Gegenmagnets 27 wird der Konusmagnet 25 beim Verbinden des Steckers 3 mit der Steckerhalterung 23 in der konischen Bohrung 43 - in 4 nach unten - verlagert, sodass er gegen die konische Wandung der konischen Bohrung 43 gedrängt und damit zentriert wird. Durch die magnetische Kopplung hat dies zur Folge, dass zugleich auch der Gegenmagnet 27 und damit der Steckerfuß 13 zentriert werden. Mithilfe des Konusmagnet 25 und des Gegenmagnet 27 kann daher zugleich eine kraft- und formschlüssige Verbindung des Steckers 3 mit der Steckerhalterung 23 erreicht werden.
Die Koppeleinrichtung 1 ist bevorzugt als selbstfahrende Koppeleinheit, insbesondere als Laderoboter, sowie bevorzugt zur freien Verlagerung unter einem Kraftfahrzeug ausgebildet.
Bevorzugt ist die Koppeleinrichtung 1 Teil eines Energiezuführsystems zur Zuführung von Energie in ein Kraftfahrzeug, welches die Koppeleinrichtung 1 und ein Kraftfahrzeug aufweist, wobei das Kraftfahrzeug an einer Unterseite, insbesondere an einem Unterboden, eine Steckeraufnahme aufweist, in welche der Stecker 3 der Koppeleinrichtung 1 entlang der Steckrichtung einsteckbar ist. Dabei ist die Steckrichtung bevorzugt vertikal orientiert.
Insgesamt zeigt sich, dass mittels der hier vorgestellten Koppeleinrichtung 1 und dem Energiezuführsystem eine flach bauende, kompakte Hubmechanik zum Bewirken einer Steckverbindung bereitgestellt werden kann, die ohne weiteres auch unter einem als Personenkraftwagen ausgebildeten Kraftfahrzeug verlagerbar ist.

Claims

Koppeleinrichtung (1) zum Herstellen und Trennen einer energieübertragenden Steckverbindung, mit - einem entlang einer Steckrichtung zum Einstecken in eine korrespondierende Steckeraufnahme verlagerbaren Stecker (3), und mit - einer Antriebseinrichtung (5), die mit dem Stecker (3) zu dessen Verlagerung wirkverbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Stecker (3) in einem entkoppelten Zustand der Koppeleinrichtung (1) relativ zu der Steckrichtung in einer Ruhelage gekippt anordenbar ist.
Koppeleinrichtung (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Umlenkeinrichtung (9), die eingerichtet ist, um den Stecker (3) aus seiner Ruhelage in eine in Steckrichtung ausgerichtete Stecklage umzulenken.
Koppeleinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (5) wenigstens einen Schubkettenantrieb aufweist, der vorzugsweise zwei Schubketten (11) aufweist, wobei die Schubketten (11) a) seitlich an je einer Seite des Steckers (3) und/oder b) an einem Steckerfuß (13) des Steckers (3) angreifen, und/oder wobei die Schubketten (11) c) über eine gemeinsame Achse antreibbar sind.
Koppeleinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkeinrichtung (9) eine Umlenkrampe (39) aufweist, auf welcher der Stecker (3) bei seiner Verlagerung aus der Ruhelage in die Stecklage abläuft, wobei der Stecker (3) aus seiner Ruhelage in Steckrichtung umlenkbar ist.
Koppeleinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkrampe (39) mittig zwischen den Schubketten (11) des Schubkettenantriebs angeordnet ist.
Koppeleinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Führungseinrichtung (19), die eingerichtet ist, um den Stecker (3) bei seiner Verlagerung in Steckrichtung zu führen, wobei die Führungseinrichtung (19) bevorzugt a) eine Teleskopführung, und/oder b) eine Scherenmechanik aufweist.
Koppeleinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungseinrichtung (19) eine Steckerhalterung (23) aufweist, mit welcher der Stecker (3) in seiner Stecklage formschlüssig und/oder kraftschlüssig lösbar verbindbar ist.
Koppeleinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckerhalterung (23) wenigstens einen Konusmagnet (25) aufweist, der mit einem an dem Stecker (3) angeordneten Gegenmagnet (27) in Stecklage zusammenwirkt.
Koppeleinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppeleinrichtung (1) als selbstfahrende Koppeleinheit, insbesondere als Laderoboter, sowie vorzugsweise zur freien Verlagerung unter einem Kraftfahrzeug ausgebildet ist.
Energiezuführsystem zur Zuführung von Energie in ein Kraftfahrzeug, mit einer Koppeleinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, und mit einem Kraftfahrzeug, wobei das Kraftfahrzeug an einer Unterseite eine Steckeraufnahme aufweist, in welche der Stecker (3) der Koppeleinrichtung (1) entlang einer Steckrichtung einsteckbar ist.