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Die Erfindung liegt auf dem Gebiet des Maschinenbaus und der Elektrotechnik und ist mit besonderem Vorteil auf dem Gebiet der Automobiltechnik anwendbar.
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In den zurückliegenden Jahren konnten große Fortschritte bei der Weiterentwicklung vor allem Lithium-basierter Batterietechnologie hinsichtlich der Erhöhung von deren Energiedichte (Batteriezellen mit ausreichend hoher Energiedichte, Lösung des „Reichweitenproblems“) und der Systemintegration verzeichnet werden. Für immer weitergehende Anwendungen stehen somit heute Batteriezellen mit ausreichend hoher Energiedichte und auf deren Basis zuverlässige und sichere Batteriesysteme zur Verfügung. Vor diesem Hintergrund ist die rasch anwachsende Anzahl kommerziell verfügbarer, rein batterieelektrisch betriebener Fahrzeuge für den innerstädtischen und suburbanen Lieferverkehr bis hin zum Individualverkehr eine nur allzu logische Konsequenz.
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Eine notwendige Bedingung für die Realisierung batterieelektrischer Antriebskonzepte ist die Verfügbarkeit ausreichend großer Zeitreserven zur Nach- bzw. Wiederaufladung des Batteriespeichers durch Ausnutzung betriebs- oder nutzungsbedingter Stillstandszeiten (Pausen). Durch die Begrenztheit dieser Zeitreserven besteht die einzige Möglichkeit zur Erschließung weiterer Anwendungsszenarien in der Weiterentwicklung der Schnellladefähigkeit des Batteriespeichers und der zugehörigen Ladeinfrastruktur.
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Die zu erwartenden Fortschritte hinsichtlich erhöhter Leistungsdichten von Batteriespeichersystemen führen bereits heute zu steigenden Laderaten. Die Laderate (xC) ist ein Maß für das Verhältnis des maximal möglichen Ladestroms (in A) bezogen auf die Nennkapazität (in Ah). Da die Batteriesystemspannung durch das Ladesystem für den Ladevorgang zwangsläufig zur Verfügung gestellt werden muss, stellt die Laderate einen direkten Ausdruck dafür dar, wie schnell der Batteriespeicher aufgeladen werden kann. Mit der technischen Einschränkung, dass der Batteriespeicher nicht in den Speicherladezuständen der Tiefentladung sowie der Ladeschlussspannung mit dem maximalen Ladestrom beaufschlagt werden kann, ist die zuvor getroffene Aussage zumindest über einen sehr großen Bereich der Gesamtkapazität gültig. Als Stand der Technik sind bereits heute Batteriespeichersysteme mit Laderaten von 5C kommerziell verfügbar, was bedeutet, dass diese mit Ladeströmen beaufschlagt werden können, mit denen innerhalb von 12 Minuten ein Großteil von deren Gesamtkapazität eingespeichert werden kann.
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Unter der aus dem Stand der Technik abgeleiteten Annahme, dass ausreichend leistungsdichte Batteriespeicher zur Verfügung stehen, kann die technische Qualifizierung der an der Energieübertragung beteiligten Leistungselektronik ein weiteres Hemmnis zur Ausbildung von Schnelladetechnologie mit den benötigten technischen Parametern darstellen.
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Momentan werden zwei physikalische Grundprinzipien zur Ausführung automatisierter Systeme für die Nachladung von Batteriefahrzeugen diskutiert und technisch umgesetzt, die induktive, also berührungslose sowie die konduktive, also kontaktbasierte Energieübertragung, auf die bei der hier beschriebenen Erfindung Bezug genommen wird.
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Vor dem Hintergrund des Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, die die konduktive (kontaktbasierte) Energieübertragung von einer Ladestation zu einem Fahrzeug und zu einem in dem Fahrzeug befindlichen Energiespeicher mit hohem Ladestrom ermöglicht. Dabei soll ein Kontaktsystem möglichst selbsttätig und ohne manuellen Eingriff funktionieren.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Ladekontakteinheit für ein Fahrzeug mit mindestens einem elektrisch aufzuladenden Energiespeicher zum Einbau unterhalb einer Fahrbahnoberfläche mit einem Ladekontaktelementträgerkopf, der zum Zusammenwirken mit einer Kontaktvorrichtung an der Unterseite eines Fahrzeugs eingerichtet ist, wobei die Kontaktgabe und die Kontakttrennung durch eine Relativbewegung des Ladekontaktelementträgerkopfes und der Kontaktvorrichtung entlang einer Kontaktierungsrichtung erfolgt, wobei der Ladekontaktelementträgerkopf zum Ausgleich von Fehlpositionierungen entweder in einer oder mehreren quer zur Kontaktierungsrichtung verlaufenden Richtungen innerhalb der Ladekontakteinheit verschiebbar und/oder um die Kontaktierungsrichtung dreh- oder schwenkbar ist.
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Unter der Ladekontakteinheit wird dabei die wegseitige, d. h. fest installierte Einheit der Ladeeinrichtung verstanden, an die sich ein Fahrzeug zum Aufladen annähert, um einen elektrisch leitenden Kontakt zum Transport des Ladestroms herzustellen. Die Ladekontakteinheit wird üblicherweise in einem Schacht unterhalb der Fahrbahnoberfläche eingebaut und ist mit einer Energiequelle, beispielsweise einem elektrischen Versorgungsnetz, verbunden.
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Den Kontakt zu elektrischen Leitungen im Fahrzeug stellen dabei Ladekontaktelemente her, die mit Kontaktelementen der fahrzeugseitigen Kontaktvorrichtung in elektrisch leitende Verbindung treten. Diese elektrisch leitende Verbindung kann als Steck- oder Klemmkontakt hergestellt werden, es ist jedoch, wie im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung vorzugsweise angenommen, auch die Kontaktherstellung mittels eines Druckkontakts möglich.
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Dazu wird ein ausreichender Druckkontakt zwischen den Kontaktelementen hergestellt.
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Außer den Kontaktelementen für die Ladestromführung sind zur Erfüllung der normativen Vorgaben hinsichtlich der Ausbildung von Kontaktpaarungen zur Nachladung eines Fahrzeugenergiespeichers üblicherweise noch weitere Kontaktelemente vorgesehen, wie beispielsweise ein Schutzleiter sowie ein oder mehrere Steuerkontakte. Es kann durch geeignete Anordnung der Kontaktelemente eine bestimmte Reihenfolge bei der Kontaktgabe und beim Lösen der Kontakte vorgegeben werden.
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Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass wesentliche bewegte und anzutreibende Teile des Systems zur Herstellung des Ladekontakts in der Ladekontakteinheit wegseitig und fest installiert vorgesehen werden, so dass entsprechende Kontaktvorrichtungen auf der Fahrzeugseite einfach gehalten werden können. Ein Ladekontaktelementträgerkopf kann beispielsweise mittels eines Antriebs in der Ladekontakteinheit auf eine Kontaktvorrichtung eines Fahrzeugs zu bewegt werden, um die Kontaktelemente der Ladekontakteinheit einerseits und der Kontaktvorrichtung des Fahrzeugs andererseits in Kontakt zu bringen. Fahrzeugseitig muss dann kein Antrieb für Teile der Kontaktvorrichtung vorgesehen werden.
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Es ist jedoch vorteilhaft, da eine genaue Positionierung der Kontaktvorrichtung des Fahrzeugs relativ zur Ladekontakteinheit üblicherweise nicht gelingt, Fehlausrichtungen auszugleichen. Dies gelingt dadurch, dass der Ladekontaktelementträgerkopf quer zur Kontaktierungsrichtung verschiebbar und/oder um die Kontaktierungsrichtung dreh- oder schwenkbar ist. Für den Ausgleich der Fehlpositionierung kann ein gesonderter Antrieb des Ladekontaktelementträgerkopfs vorgesehen werden, der mit einer Sensorik verbunden ist, welche die Fehlpositionierung erfasst, wobei durch eine Steuereinrichtung mittels des Antriebs für einen Ausgleich der Fehlpositionierung gesorgt wird.
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Es ist jedoch auch möglich, den Ladekontaktelementträgerkopf und die Kontaktvorrichtung derart auszubilden, dass sie sich gegenseitig nach Art einer Kontaktfangvorrichtung selbst justieren. Dazu ist eines der Teile in wenigstens einer Querschnittsrichtung derart ausgebildet, dass der Querschnitt sich auf das andere Element zulaufend verjüngt, während das andere Element zumindest in derselben Querschnittsrichtung formkomplementär ausgebildet ist.
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Der einfachste Fall ist dabei, dass eines der Elemente, der Ladekontaktelementträgerkopf oder die Kontaktvorrichtung, konisch oder nach Art einer Pyramide oder eines Kegelstumpfs/Pyramidenstumpfs ausgebildet ist, während das andere Element einen entsprechenden Hohlkonus oder eine zu einem Pyramidenstumpf komplementäre Aufnahme aufweist. Eine solche Ausbildung wäre in mehreren Querschnittsrichtungen formkomplementär und sich verjüngend zulaufend ausgebildet. Es kann jedoch auch ausreichend sein, wenn eine solche formkomplementäre Ausbildung nur in einer Querschnittsrichtung verwirklicht ist. Mit einer sich verjüngend zulaufenden Querschnittsform kann in diesem Zusammenhang außer einer konischen oder pyramidenstumpfförmigen Ausbildung auch eine kugelkalottenförmige Ausbildung eines der Teile und eine hohlkalottenförmige Ausbildung des jeweils anderen Teils gemeint sein.
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Der Effekt dieser formkomplementären Ausbildung liegt darin, dass bei einer Fehlpositionierung das eine der Teile, entweder der Ladekontaktelementträgerkopf oder die Kontaktvorrichtung, bei einer Relativbewegung der beiden Teile zur Kontaktgabe durch ein Gleiten an Führungsflächen des jeweils anderen Teils justiert und in einer Richtung senkrecht zur Kontaktierungsrichtung verschoben oder gedreht wird, so dass bei der Kontaktgabe eine optimierte Positionierung der Teile und der Kontaktelemente zueinander gegeben ist.
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Es kann dabei vorteilhaft vorgesehen sein, dass eine Verschiebbarkeit im Sinne einer translatorischen Bewegung senkrecht zur Kontaktierungsrichtung bei einem der Teile - Ladekontaktelementträgerkopf oder der Kontaktvorrichtung - und eine Verdrehbarkeit um die Kontaktierungsrichtung bei dem jeweils anderen Teil vorgesehen ist. Damit wird unter anderem auch vermieden, dass eines der Teile sowohl verschiebbar als auch verdrehbar sein muss.
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Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass sowohl die Verschiebbarkeit als auch eine Verdrehbarkeit bei einem der Teile, beispielsweise beim Ladekontaktelementträgerkopf vorgesehen ist.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass der Ladekontaktelementträgerkopf gegen eine elastische Rückstellkraft verdreh- oder verschiebbar ist. Elastische Rückstellkräfte können dabei durch elastische Elemente in Form von Federn oder Elastomerelementen realisiert sein, die einerseits mit dem Ladekontaktelementträgerkopf und andererseits mit einem ortsfesten Teil der Ladekontakteinrichtung verbunden sind.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass der Ladekontaktelementträgerkopf auf einem Ladekontaktelementträgerpodest oder Zwischenpodest in einer ersten Richtung verschiebbar gelagert ist und dass das Ladekontaktelementträgerpodest oder Zwischenpodest innerhalb der Ladekontakteinheit in einer zweiten Richtung verschiebbar gelagert ist. Das Ladekontaktelementträgerpodest oder Zwischenpodest ist üblicherweise unterhalb des Ladekontaktelementträgerkopfes angeordnet und seinerseits vorteilhaft in der Kontaktierungsrichtung antreibbar. Hierzu ist, wie weiter unten ausgeführt, vorteilhaft eine Hubvorrichtung der Ladekontakteinheit innerhalb des Schachtes vorgesehen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Ladekontakteinheit sieht vor, dass der Ladekontaktelementträgerkopf auf dem Ladekontaktelementträgerpodest oder Zwischenpodest mittels eines Drehlagerelementes gelagert ist, wobei zwischen dem Drehlagerelement und dem Ladekontaktelementträgerkopf ein Drehlager angeordnet ist. Damit wird der Ladekontaktelementträgerkopf gleichzeitig sowohl verschiebbar als auch drehbar. Damit ist eine Beweglichkeit der Kontaktvorrichtung im Fahrzeug nicht mehr notwendig, auch wenn sie zusätzlich vorgesehen sein kann.
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Es kann zudem vorgesehen sein, dass an dem Ladekontaktelementträgerkopf eine oder mehrere Einlaufschräge(n) angeordnet sind, die bei der vertikalen Aufwärtsbewegung des Ladekontaktelementträgerkopfes ein oder mehrere Abdeckelemente oder Abdeckelementträger einer Fahrbahnabdeckung in horizontaler Richtung auslenkt/auslenken, so dass der Austritt des Ladekontaktelementträgers aus der Fahrbahnoberfläche bis zum Kontaktschluss mit einer Kontaktvorrichtung ermöglicht wird.
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Es ist bei dieser Ausgestaltung eine Fahrbahnabdeckung vorgesehen, die in einer Ruheposition die Ladekontakteinheit an der Oberseite unter Ausbildung einer Fahrbahnfortsetzung abdeckt und die in einer Betriebsposition eine Öffnung oberhalb des Ladekontaktelementträgerkopfes freigibt. Hierzu sind ein oder mehrere Abdeckelementträger mit Abdeckelementen vorgesehen, die beim Ausfahren des Ladekontaktelementträgerkopfes horizontal auslenkbar und damit verfahrbar sind und eine Öffnung für den Ladekontaktelementträgerkopf freigeben.
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Die Fahrbahnabdeckung ist üblicherweise so gestaltet, dass sie in der Ruheposition, wenn kein Fahrzeug geladen wird, geschlossen ist. Die Fahrbahnabdeckung bildet dann eine Fahrbahnfortsetzung in der Ebene der Fahrbahn und ist vorteilhaft auch derart belastbar, dass sie von Fahrzeugen überfahren werden kann. Die Fahrbahnabdeckung weist im vorliegenden Fall Abdeckelemente auf, die von Abdeckelementträgern getragen sind und die ausschließlich durch eine Schubbewegung des Ladekontaktträgerelementkopfes in die Betriebsposition horizontal verfahrbar sind. Die Abdeckelemente können auch eine oder mehrere Klappen aufweisen, die ausschließlich durch eine Schubbewegung des Ladekontaktträgerelementkopfes in die Betriebsposition schwenkbar sind. Dies bedeutet, dass auf einen separaten Antrieb der Fahrbahnabdeckung, verzichtet werden kann. Dadurch werden der konstruktive Aufwand und die Fehleranfälligkeit der Ladekontakteinheit gesenkt.
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Alternativ ist es auch denkbar, für die Abdeckelemente der Fahrbahnabdeckung einen separaten, gesteuerten Antrieb vorzusehen, der ausgelöst werden kann, sobald ein Fahrzeug sich oberhalb der Ladekontakteinheit an einer geforderten Position befindet, so dass die freigegebene Öffnung zur Ladekontakteinheit und zu dem Ladekontaktelementträgerkopf durch das Fahrzeug geeignet abgeschirmt ist, so dass Personen, die sich im Bereich des Fahrzeugs bewegen, nicht in Gefahr geraten.
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Wird die Fahrbahnabdeckung ausschließlich durch den bewegten Ladekontaktelementträgerkopf oder andere Teile der Ladekontakteinheit angetrieben, die im Zuge einer Kontaktgabe bewegt werden, so ist automatisch sichergestellt, dass die Fahrbahnabdeckung nur dann geöffnet wird, wenn sich ein Fahrzeug über der Ladekontakteinheit befindet. Ein Antrieb des Ladekontaktelementträgerkopfes wird üblicherweise durch eine Steuereinrichtung davon abhängig eingeleitet, dass mittels einer Markierung und durch eine Sensoreinrichtung fahrzeugseitig oder ladekontakteinheitsseitig sichergestellt ist, dass sich ein Fahrzeug in der Ladeposition oberhalb der Ladekontakteinheit befindet.
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Es kann außerdem in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass eine Hubvorrichtung (Hubmechanik) zum Anheben des Ladekontaktelementträgerkopfes vorgesehen ist, die insbesondere elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch ausgebildet ist. Die Hubvorrichtung/Hubmechanik kann beispielsweise mittels eines Motors und eines Getriebes eine Zahnstange in vertikaler Richtung antreiben, an der das Ladekontaktelementträgerpodest befestigt ist.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann vorsehen, dass in der Betriebsposition eine von der Hubvorrichtung unabhängige Haltevorrichtung zum Halten des Ladekontaktelementträgerkopfes an der Kontaktvorrichtung, insbesondere in Form einer magnetischen Haltevorrichtung vorgesehen ist. Diese Haltevorrichtung kann dafür sorgen, dass in der Betriebsposition ein ausreichender Kontaktdruck der Ladekontaktelemente zu den Kontaktelementen der Kontaktvorrichtung gegeben ist, um den elektrischen Übergangswiderstand zu minimieren. Eine solche Haltevorrichtung kann eine Verriegelung sowie elastische Elemente zum Zusammendrücken der elektrischen Kontakte enthalten.
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Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die magnetische Haltevorrichtung ein magnetisches Haltestück oder einen Elektromagneten am Ladekontaktelementträgerkopf aufweist, der dazu eingerichtet ist, mit einem Gegenstück an der Kontaktvorrichtung zusammenzuwirken, wobei das magnetische Haltestück oder der Elektromagnet insbesondere mit einem Hilfskontakt, insbesondere einem Steuerkontakt, konstruktiv vereinigt ist. Durch eine geeignete Ansteuerung des Elektromagneten entweder auf der Seite der Kontaktvorrichtung oder auf der Seite der Ladekontakteinheit wird der elektrische Kontakt gehalten. Wird der Elektromagnet abgeschaltet, so kann eine Kontakttrennung eingeleitet werden. Der Steuerkontakt kann insbesondere dafür genutzt werden, die störungslose Kontaktgabe zu erfassen und Signale an eine Steuereinrichtung für den Betrieb des Elektromagneten zu geben.
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Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Haltekräfte zur Herstellung der elektrischen Verbindung zwischen der Ladekontakteinheit und der Kontaktvorrichtung ausschließlich durch die magnetische Haltevorrichtung aufgebracht werden. Dies kann dazu führen, dass bei Abschalten des Elektromagneten die beweglichen Teile der Ladekontakteinheit in die Ruheposition zurückfallen. Damit ist gewährleistet, dass beispielsweise bei Beendigung des Ladevorgangs die Ladekontakteinheit auch im Störungsfall in eine Ruheposition zurückfällt, ohne dass es einer aktiven Beteiligung der Ladekontakteinheit bedarf, beispielsweise bei einem Ausfall des Versorgungsnetzes. Der Ladekontaktelementträgerkopf kann dann in den Schacht zurückfallen, und die Fahrbahnabdeckung fällt ebenfalls in die Ruheposition zurück.
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Es kann weiter vorteilhaft vorgesehen sein, dass eine Stoßdämpfvorrichtung zur Dämpfung einer Fallbewegung des Ladekontaktelementträgerkopfes und der mit diesem in die Betriebsposition bewegbaren Teile vorgesehen ist. Damit kann verhindert werden, dass Teile der Ladekontakteinheit beim Zurückfallen in eine Ruheposition Schaden nehmen. Die Stoßdämpfvorrichtung kann einen pneumatischen oder hydraulischen Stoßdämpfer sowie ein elastisches Federelement aufweisen. Sie ist üblicherweise unterhalb des Ladekontaktelementträgerkopfes, insbesondere unterhalb des Ladekontaktelementträgerpodestes, im Bereich der Hubvorrichtung angeordnet.
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Es kann zudem vorgesehen sein, dass die Hubvorrichtung derart eingerichtet ist, dass sie die Abwärtsbewegung des Ladekontaktelementträgerkopfes und der mit diesem in die Betriebsposition bewegbaren Teile aus der Betriebsposition ohne einen Antrieb ermöglicht, wobei die Hubvorrichtung insbesondere von dem Ladekontaktelementträgerkopf und den mit diesem in die Betriebsposition bewegbaren Teilen mechanisch entkoppelbar ist. Dies kann dadurch realisiert sein, dass die Hubvorrichtung nicht selbsthemmend ausgebildet ist und/oder von den anzutreibenden Teilen entkoppelbar ist.
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Außerdem kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Kontaktsystem, insbesondere die Ladekontakteinheit, eine Sensoreinrichtung aufweist, die dazu eingerichtet ist, die Position einer Kontaktvorrichtung eines Fahrzeugs relativ zur Ladekontakteinheit, insbesondere relativ zu dem Ladekontaktelementträgerkopf, zu erfassen. Die Kontaktvorrichtung des Fahrzeugs oder das Fahrzeug selbst kann hierzu eine durch die Sensoreinrichtung wahrnehmbare Markierung tragen, die sich innerhalb eines Referenzbereichs der Ladekontakteinheit befinden muss, um ein Ausfahren des Ladekontaktelementträgerkopfes freizugeben. Die Sensoreinrichtung kann optisch, elektrisch, magnetisch ausgebildet sein oder auch in Form einer Infraroteinrichtung.
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Die Sensoreinrichtung kann auch fahrzeugseitig vorgesehen sein, wobei dann durch die Sensoreinrichtung eine Markierung an der Ladekontakteinheit zu erfassen ist. In diesem Fall kann eine fahrzeugseitige Steuereinrichtung entsprechende Signale zur Freigabe an die Ladekontakteinheit senden.
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Die Erfindung bezieht sich außer auf eine Ladekontakteinheit der oben erläuterten Art auch auf ein Kontaktsystem mit einer Ladekontakteinheit der oben beschriebenen Art und einer Kontaktvorrichtung in einem Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Fall, dass der Ladekontaktelementträgerkopf in einer oder mehreren quer zur Kontaktierungsrichtung verlaufenden Richtungen innerhalb der Ladekontakteinheit verschiebbar ist, die Kontaktvorrichtung um die Kontaktierungsrichtung dreh- oder schwenkbar ist und dass in dem Fall, in dem der Ladekontaktträgerelementkopf um die Kontaktierungsrichtung dreh- oder schwenkbar ist, die Kontaktvorrichtung in einer oder mehreren quer zur Kontaktierungsrichtung verlaufenden Richtungen relativ zu dem Fahrzeug verschiebbar ist.
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Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der Ladekontaktelementträgerkopf in einer oder mehreren Richtungen innerhalb der Ladekontakteinheit verschiebbar und auch verdrehbar ist. Die Kontaktvorrichtung kann dabei fest und weder verschiebbar noch verdrehbar sein oder auch verschiebbar und/oder verdrehbar.
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Zudem kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Kontaktvorrichtung gegen eine elastische Rückstellkraft verdreh- oder verschiebbar ist.
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Wie oben erläutert, kann zudem vorgesehen sein, dass die Kontaktvorrichtung eine Sensoreinrichtung aufweist, die dazu eingerichtet ist, die Position einer Ladeeinheit, insbesondere eines Ladekontaktelementträgerkopfes, relativ zur Kontaktvorrichtung zu erfassen.
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Die Erfindung bezieht sich weiter auf eine Fahrbahnabdeckung für ein Kontaktsystem mit einer Ladekontakteinheit, insbesondere einer Ladekontakteinheit gemäß der oben stehenden Beschreibung, und einer fahrzeugseitigen Kontaktvorrichtung für elektrisch angetriebene und mit jeweils mindestens einem elektrisch aufzuladenden Energiespeicher versehene Fahrzeuge, wobei die Fahrbahnabdeckung in einer Vertiefung unterhalb einer Fahrbahnoberkante angeordnet ist, wobei die Fahrbahnabdeckung durch einen Anschlussrahmen mit einem Schachtelement verbunden ist, wobei die Fahrbahnabdeckung eine oder mehrere Abdeckelemente umfasst, die an dem Anschlussrahmen gegen elastische Rückstellkräfte reversibel beweglich gelagert sind, wobei die Abdeckelemente relativ zu einem Ladekontaktelementträgerkopf der Ladekontakteinheit so angeordnet sind, dass der Ladekontaktelementträgerkopf bei seiner vertikalen Aufwärtsbewegung ein oder mehrere Abdeckelemente aus einer Verschlussposition auslenkt und so der Austritt des Ladekontaktelementträgers aus der Fahrbahnoberfläche bis zum Kontaktschluss mit einer Kontaktvorrichtung ermöglicht wird. Die Abdeckelemente können dabei unmittelbar durch den Ladekontaktelementträgerkopf ausgelenkt werden oder es können auch Abdeckelementträger durch den Ladekontaktelementträgerkopf ausgelenkt werden, wodurch die Abdeckelemente mit bewegt werden.
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Damit ist für das Ausfahren des Ladekontaktelementträgerkopfes mit Ladekontaktelementen zu einer gegenüberliegenden fahrzeugseitigen Kontaktvorrichtung nur der Antrieb des Ladekontaktelementträgerkopfes notwendig und die Öffnung der Abdeckelemente ergibt sich selbsttätig ohne dass hierfür ein eigener Antrieb vorgesehen sein muss.
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Es kann zudem im besonderen vorgesehen sein, dass die Fahrbahnabdeckung eine oder mehrere Abdeckelementträger umfasst, die an dem Anschlussrahmen gegen elastische Rückstellkräfte reversibel verschiebbar gelagert sind, wobei die Abdeckelementträger Abdeckelemente tragen und relativ zu einem Ladekontaktelementträgerkopf der Ladekontakteinheit so angeordnet sind, dass eine oder mehrere an dem Ladekontaktelementträgerkopf angeordnete Einlaufschräge(n) bei der vertikalen Aufwärtsbewegung des Ladekontaktelementträgerkopfes ein oder mehrere Abdeckelementträger in horizontaler Richtung auslenkt/auslenken und so der Austritt des Ladekontaktelementträgers aus der Fahrbahnoberfläche bis zum Kontaktschluss mit einer Kontaktvorrichtung ermöglicht wird.
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Die Abdeckelementträger und die Abdeckelemente sind vorteilhaft horizontal parallel zur Fahrbahnoberfläche translatorisch verschiebbar. Sie sind innerhalb eines Anschlussrahmens in ihrer Bewegung geführt, beispielsweise in einer oder mehreren Schienen. Beim Zurückziehen des Ladekontaktelementträgerkopfes werden die Abdeckelementträger selbsttätig durch elastische Elemente (Federelemente) wieder in die Verschlussposition bewegt, in der die Abdeckelemente die Öffnung in der Fahrbahnabdeckung verschließen. Die Abdeckelemente sind mit den Abdeckelementträgern fest mittels elastischer Elemente verbunden, die eine begrenzte Relativbewegung von Abdeckelementen und Abdeckelementträgern zulassen.
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Außerdem kann in einer Implementierung vorgesehen sein, dass an einem oder mehreren Abdeckelementträgern jeweils wenigstens ein Gleit- oder Abrollelement angeordnet ist, das im Verlauf der vertikalen Aufwärtsbewegung des Ladekontaktelementträgerkopfes an einer an dem Ladekontaktelementträgerkopf angeordneten Einlaufschräge abrollt oder gleitet und dadurch gemeinsam mit dem jeweiligen Abdeckelementträger in Horizontalrichtung angetrieben wird.
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Eine weitere mögliche Ausführungsform kann vorsehen, dass an einem oder mehreren Abdeckelementträgern jeweils mehrere Gleit- oder Abrollelemente derart hintereinander angeordnet sind, dass sie im Verlauf der vertikalen Aufwärtsbewegung des Ladekontaktelementträgerkopfes gleichzeitig oder nacheinander an einer an dem Ladekontaktelementträgerkopf angeordneten Einlaufschräge abrollen oder gleiten.
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Es kann außerdem vorgesehen sein, dass die Abdeckelemente mit den Abdeckelementträgern jeweils derart elastisch beweglich verbunden sind, dass die Abdeckelemente beim Überfahren durch das Gewicht eines Kraftfahrzeugs in vertikaler Richtung nach unten in den Anschlussrahmen pressbar sind, wobei der Anschlussrahmen einen Anschlag zur Begrenzung der Bewegung der Abdeckelemente in vertikaler Richtung bildet. Durch diese Ausgestaltung werden beim Überfahren der Fahrbahnabdeckung die wesentlichen Kräfte nach einer anfänglich gemeinsamen vertikalen Bewegung von Abdeckelementen und Abdeckelementträgern durch den mechanischen Anschlag getragen, an den sich die Abdeckelemente innerhalb des Anschlussrahmens anlegen.
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Vorteile der verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung liegen unter anderem darin, dass
- • für Kontaktschluss und Aktivierung der Fahrbahnabdeckung nur eine einzelne Aktorik benötigt wird,
- • Kontaktschluss und Ausgleich der Positionierungstoleranzen durch eine rein vertikale Bewegung der Aktorik erreicht wird,
- • die Positionstoleranzen durch eine formschlüssige Verbindung zwischen Kontaktvorrichtung und der in einer Raumrichtung reversibel verschieblichen und/oder um eine Drehachse um einen großen Winkel (bis nahe 90 Grad) reversibel verdrehbaren Ladekontakteinheitsseite sowie einer Hubmechanik, welche eine kombinierte Quer- und Längsbeweglichkeit in eine orthogonal zur ersten Raumrichtung (Kontaktierungsrichtung) stehende zweite Raumrichtung reversible Beweglichkeit aufweist, ausgeglichen werden,
- • die notwendige Halte- und Kontaktkraft während des Ladevorgangs durch Aktivierung eines Elektromagneten (Kraftschluss) aufgebracht wird, wodurch die Aktorik stromlos geschaltet werden kann und das System maximale Bewegungsfreiheit in Wirkrichtung der Gravitation aufweist; die Bestromung der Aktorik wird dabei nach Auswertung einer Stromüberhöhung im Moment des erfolgten Kontaktschlusses abgeschaltet,
- • zu- und abschaltbare Verriegelung des Kontaktschlusses während des Ladevorgangs (elektromagnetische Wirkung) ermöglicht ist,
- • die polrichtige Anfahrt des zu ladenden Fahrzeuges aus zwei Bewegungsrichtungen einer ersten Raumrichtung ermöglicht ist,
- • eine Anfahrt aus einer orthogonal zur ersten Raumrichtung stehenden zweiten Raumrichtung durch entsprechende Anordnung der Kontaktelemente und Ladekontaktelemente zur Ausbildung der Schutzleiter-Verbindung (PE) nicht zu einer Sollstromfreigabe führen kann (Verhinderung eines Kurzschlusses bei nicht polrichtiger Anfahrt),
- • die miteinander im Kontaktschluss stehenden Kontaktelemente und Ladekontaktelemente im Sinne geltender Vorschriften zur Elektrosicherheit (ECE R100) gegen direktes Berühren (Prüffinger) geschützt sind, ohne das ein zusätzliches Barriereelement benötigt wird,
- • zur Rückführung des Systems in die Ausgangslage (sicherer Anlagenzustand) keine Antriebsenergie benötigt wird (Bestromung Elektromagnet wird abgebrochen, Rückführung durch Gravitation),
- • die Ladekontakteinheit bei Rückfall in den sicheren Anlagenzustand selbsttätig in deren Ausgangslage zurück geführt wird (Zentrierung über Klappenmechanik),
- • die Kontaktvorrichtung einen Schutz gegen Umwelteinwirkungen, insbesondere Schmutz, in Form beispielsweise eines Klappensystems aufweisen kann, welches mit oder ohne separate Funktionsaktorik (elektrisch, pneumatisch, hydraulisch, magnetisch, Schwerkraft und Federkraft) ausgeführt sein kann,
- • die durch Gravitation beschleunigte Systemmasse bei Rückfall in den sicheren Anlagenzustand durch einen hydraulischen oder nach einem alternativen Wirkprinzip arbeitenden Stoßdämpfer gedämpft wird,
- • durch beispielsweise einen in der Fahrbahnabdeckung integrierten Elektromagneten die Klappenmechanik gegen unberechtigtes Öffnen gesichert werden kann,
- • die Fahrbahnabdeckung oder die Kontaktvorrichtung einen Sensor enthalten kann, mit dessen Hilfe die Berechtigung und/oder die korrekte Position des nachzuladenden Fahrzeuges hinsichtlich der Einhaltung der tolerierbaren Positionierungsgenauigkeit geprüft werden kann,
- • im Schachtelement eine Vorrichtung, beispielsweise eine Warmluftheizung, vorgesehen ist, um für die Schachtabdeckung und die Ladekontakteinheit Schnee- und Eisfreiheit zu gewährleisten,
- • an der Kontaktvorrichtung Heizelemente, beispielsweise in Form von Heizbändern, vorgesehen werden können, um für die Kontaktelemente Schnee- und Eisfreiheit zu gewährleisten, und
- • zur Erhöhung des übertragbaren Ladestroms mehr als ein Kontaktelement je ausgebildetem Kontaktpol, vornehmlich der Kontaktpole zur Leistungsübertragung und für den Schutzleiter (PE), sowohl in der Kontaktvorrichtung als auch in der Ladekontakteinheit enthalten sein können.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren einer Zeichnung gezeigt und anschließend erläutert. Dabei zeigt
- 1 schematisch ein Fahrzeug, das sich oberhalb einer Ladekontakteinheit befindet,
- 2 eine Ladekontakteinheit mit einer Fahrbahnabdeckung und einer fahrzeugseitigen Kontaktvorrichtung,
- 3-10 Teile der Ladekontakteinheit in verschiedenen Ansichten und Querschnitten,
- 11-13 die Kontaktvorrichtung in verschiedenen Ansichten,
- 14 und 15 Teile der Fahrbahnabdeckung in einer isometrischen Ansicht,
- 16 und 17 Teile der Fahrbahnabdeckung in einer Seitenansicht,
- 18-21 in einer Seitenansicht die Fahrbahnabdeckung sowie die Hubvorrichtung, das Ladekontaktelementträgerpodest und den Ladekontaktelementträgerkopf bei der Bewegung durch die Fahrbahnabdeckung hindurch,
- 22 eine perspektivische Darstellung einer Ladekontakteinrichtung, einer Fahrbahnabdeckung und einer Kontaktvorrichtung,
- 23 eine perspektivische Darstellung einer Fahrbahnabdeckung,
- 24 einen Ladekontaktelementträger in zwei verschiedenen Vertikalpositionen,
- 25 a und b einen Ladekontaktelementträger mit einem Ladekontaktelementträgerkopf, der gegenüber einem Podest einmal verschoben und (in 25b) verdreht ist,
- 26 und 27 ein Ladekontaktelementträgerpodest mit und ohne verkleidung,
- 28 bis 31 ein in zwei Richtungen verschiebbares Zwischenpodest für einen Ladekontaktelementträgerkopf,
- 32 eine Fahrbahnabdeckung und ein Schachtelement in einer Seitenansicht und
- 33 bis 35 einen Ladekontaktelementträger in drei verschiedenen Vertikalpositionen, in denen die Abdeckelemente und Abdeckelementträger verschieden weit ausgelenkt sind.
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1 zeigt beispielhaft ein Fahrzeug 1 in schematischer Seitenansicht, das oberhalb einer Ladekontakteinheit 100 angeordnet ist. Diese ist in einem Schacht unterhalb der Fahrbahnebene 101 angeordnet. Die Ladekontakteinheit 100 weist einen Ladekontaktelementträgerkopf 113 auf, der im Folgenden noch näher erläutert wird und der in der durch den Pfeil 6 dargestellten Kontaktierungsrichtung durch eine Hubmechanik 105 antreibbar ist. Die Hubmechanik 105 wird dabei durch eine Steuereinrichtung 5 angesteuert, die ein Freigabesignal von einer Sensorvorrichtung 4, 4' verarbeitet, die entweder ladekontakteinheitsseitig (4) oder kontaktvorrichtungsseitig (4') vorgesehen ist und die eine Positionierung des Fahrzeugs 1 innerhalb eines Referenzpositionsbereichs relativ zur Ladekontakteinheit 100 erfasst.
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Wird der Ladekontaktelementträgerkopf 113 nun in Richtung des Pfeils 6 zur Kontaktvorrichtung 200 bis zur Kontaktgabe bewegt, so wird ein elektrischer Kontakt hergestellt, der dazu führt, dass ein elektrischer Ladestrom von einem Versorgungsnetz über die Ladekontaktelemente zur Kontaktvorrichtung 200 und zu einem elektrischen Energiespeicher 3 im Fahrzeug 1 fließt. Damit kann die Energiespeichereinrichtung 3 aufgeladen werden, die innerhalb des Fahrzeugs 1 beispielsweise einen Elektromotor 2 oder andere elektrische Systeme mit Energie versorgt.
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Die Erfindung betrifft unter anderem, wie in den Figuren gezeigt, ein System, welches durch einen einzigen, geeigneten Antrieb eine vertikale Aufwärtsbewegung einer im Boden integrierten Ladekontakteinheit ermöglicht und durch Aufstoßen die Öffnung einer von Fahrzeugen überfahrbaren, darüber befindlichen, beweglichen Fahrbahnabdeckung hervorruft, welche den im Boden integrierten, verschiebbaren Ladekontaktelementträger in einer Mittellage zentriert und den Bereich zwischen Fahrbahn und Fahrzeugunterboden während ihrer Bewegung geringstmöglich einschränkt und damit eine konduktive Verbindung zur elektrischen Energieübertragung mit einer fahrzeugseitigen Kontaktvorrichtung herstellt.
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Das Unterflur-Kontaktsystem aus 2 besteht aus drei Teilsystemen. Diese sind die Ladekontakteinheit 100, Kontaktvorrichtung 200 und die Fahrbahnabdeckung 300. Unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren wird zunächst eine erste bevorzugte Ausführungsform des Unterflur-Kontaktsystems erläutert.
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3 zeigt die Ladekontakteinheit in einer Ansicht unterhalb der Fahrbahnoberfläche 101 als einen in den Boden integrierten Mechanismus. Dieser besteht aus einem Schachtelement 102, einem am Schachtelement 102 befestigten Trägerelement 103, einem Ladekontaktelementträger 104 und einer Hubmechanik 105, welche das Trägerelement 103 und den Ladekontaktelementträger 104 verbindet und eine vertikale Relativbewegung des Ladekontaktelementträgers 104 zum Trägerelement 103 ermöglicht.
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4 zeigt die Hubmechanik, bestehend aus Trägerelement 103, Hubgestell 105, Zahnstangenhubgetriebe 106 mit Zahnstange 107 und Schrittmotor 108. Aufgabe der Hubmechanik ist das Anheben des Ladekontaktelementträgers 104 zum Aufstoßen der Fahrbahnabdeckung 300 und Überwinden des Luftspalts zwischen Ladekontaktelementträger 104 und Kontaktvorrichtung 200. Im unteren Bereich des Systems befindet sich ein hydraulischer Stoßdämpfer 110 und ein elastisches Dämpfungselement 111.
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Eine Zusammenschau der 4 bis 10 zeigt den Ladekontaktelementträger 104 in verschiedenen Ansichten. Der Ladekontaktelementträger 104 ist zweiteilig aufgebaut und besteht überwiegend aus einem nicht elektrisch leitfähigen Material. Er setzt sich zusammen aus dem Ladekontaktelementträgerpodest 112 und dem Ladekontaktelementträgerkopf 113. Der Ladekontaktelementträgerkopf 113 hat die Form eines Pyramidenstumpfes und trägt die Ladekontaktelemente 121. Der Ladekontaktelementträgerkopf 113 ist in Fahrzeuglängsrichtung horizontal zwischen zwei Endanschlägen 114 um eine Mittellage linear beweglich (± x). Durch diese Beweglichkeit können Positionierungstoleranzen des Fahrzeugs in Fahrtrichtung ausgeglichen werden.
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Der Ladekontaktelementträger 104 ist zudem in Fahrzeugquerrichtung linear horizontal auf dem Hubgestell 105 zwischen zwei begrenzenden Dämpfungselementen 115 um eine Mittellage beweglich (± y). Durch diese Beweglichkeit können Positionierungstoleranzen des Fahrzeugs quer zur Fahrtrichtung ausgeglichen werden. Die Lagerung des Ladekontaktelementträgerpodests 112 auf dem Hubgestell 105 ist so ausgeführt, dass das Ladekontaktelementträgerpodest 112 über geeignete Linearführungselemente 116 auf kompatiblen Linearführungsschienen 117, welche auf dem Hubgestell 105 befestigt sind, geführt ist. Die Ausrichtung des gesamten Ladekontaktelementträgers 104 in einer mittleren Position erfolgt über einen Federmechanismus 316 in der Fahrbahnabdeckung 300.
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Der Ladekontaktelementträgerkopf 113 ist auf dem Ladekontaktelementträgerpodest 112 so gelagert, dass der Ladekontaktelementträgerkopf 113 mit Linearführungsschienen 118 ausgerüstet ist, welche kompatible, am Ladekontaktelementträgerpodest 112 befestigte Linearführungselemente 119 führen. Die Ausrichtung des Ladekontaktelementträgerkopfes 113 auf dem Ladekontaktelementträgerpodest 112 in einer mittleren Position erfolgt durch elastische Elemente 120, insbesondere aus einem nicht elektrisch leitfähigen Material.
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Die elastischen Elemente 120 sind an den Punkten P mit dem Ladekontaktelementträgerpodest 112 und an den Punkten K mit dem Ladekontaktelementträgerkopf 113 verbunden. Durch eine rotationssymmetrische Anordnung der elastischen Elemente 120 werden ein Kräftegleichgewicht und damit die mittige Positionierung sichergestellt. Gegen das Berühren der Ladekontaktelemente 121 im kontaktierten Zustand ist unter dem Ladekontaktelementträgerkopf 113 ein Berührschutz 122 vorgesehen.
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Der Ladekontaktelementträgerkopf 113 trägt die wegseitigen Ladekontaktelemente 121 für Plus- 123 und Minuspol 124, den PE-Kontakt (PE) 125 und den Control Pilot-Kontakt (CP) 126. Das Ladekontaktelement für CP 126 besteht aus einem magnetischen Material. Die Ladekontaktelemente für PE 125 sind so angeordnet, dass die möglichen Kontaktierungspositionen beschränkt sind. Es ist möglich, eine Kontaktierung aus einer Fahrtrichtung X und der um 180° dazu gedrehten, entgegengesetzten Richtung vorzunehmen. Eine Freigabe der Leistungskontakte bei einer Positionierung orthogonal zur Fahrrichtung X ist nicht möglich, da der PE 125 in diesem Fall zu keiner Zeit kontaktiert werden kann. So ist sichergestellt, dass sich nur zugehörige Ladekontaktelemente für Plus-123 und Minuspol 124 und Kontaktelemente für Plus- 201 und Minuspol 202 für den Ladeprozess berühren können.
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Zur Einhaltung einer definierten Kontaktreihenfolge beim Kontaktschluss und bei der Kontakttrennung sind die Ladekontaktelemente für Plus- 123 und Minuspol 124 und für PE 125 als Federkontaktelemente mit unterschiedlicher Ausgangshöhe ausgeführt. Die Ladekontaktelemente für PE 125 haben eine Ausgangshöhe H1. Die Ladekontaktelemente für Plus- 123 und Minuspol 124 haben eine Ausgangshöhe H2. Das Ladekontaktelement für CP 126 hat eine Ausgangshöhe H3. Es ist starr ausgeführt und dient als Endanschlag für die Kontaktierung. Die Ausgangshöhen verhalten sich zueinander nach folgender Beziehung: H1>H2>H3. Die Ladekontakte für PE 125 sind so angeordnet, dass sie beim Hineingleiten in die Kontaktvorrichtung 200 zu keinem Zeitpunkt die Kontaktelemente für Plus 123 oder Minuspol 124 berühren können.
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Durch die genannte Beweglichkeit kann der Ladekontaktelementträgerkopf 113 an der Gleitkante 127 frei in die Kontaktvorrichtung 200 hinein gleiten. Die Ladekontaktelemente 123, 124, 125, 126 sind durch Versteifungen 128 im Ladekontaktelementträgerkopf 113 räumlich voneinander getrennt. So ist sichergestellt, dass eine Verschmutzung durch Wasser oder Salzlauge keine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen den Ladekontaktelementen 123, 124, 125, 126 bilden kann.
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Die 11 bis 13 zeigen die Kontaktvorrichtung in verschiedenen Ansichten. Die Kontaktvorrichtung 200 bezeichnet das am Fahrzeugunterboden starr (Erfindungsgedanke) oder beweglich befestigte Teilsystem. Die Kontaktvorrichtung trägt die fahrzeugseitigen Kontaktelemente für Pluspol 201 und Minuspol 202, den PE 203 und den CP 204. Die Kontaktelemente für Pluspol 201 und Minuspol 202 und für den PE 203 sind an der Kontaktvorrichtung 200 befestigte, starre Platten aus elektrisch leitfähigem Material. Das Kontaktelement für CP 204 (Signal-/Sicherheits-/Steuerkontakt) ist ein Elektromagnet. Dieser ist in der Kontaktvorrichtung 200 so positioniert, dass er im kontaktierten Zustand deckungsgleich/komplementär zum im Ladekontaktelementträgerkopf 113 integrierten magnetischen Gegenstück ist. Die Kontaktvorrichtung 200 ist so am Fahrzeug positioniert, dass ihr tiefster Punkt bei maximal zulässigem Fahrzeuggewicht den normativen Mindestabstand zur Fahrbahnoberfläche aufweist. Die Kontaktvorrichtung 200 ist um ihre Hochachse drehbar, elastisch gelagert, so dass sie im kraftfreien Zustand selbsttätig ihre Ausgangsposition einnimmt. Dazu ist die Befestigungsstelle zum Fahrzeug als kugelgelenkartig drehbares, elastisches Lager 205 ausgeführt. Durch die drehbar, elastische Lagerung können Positionstoleranzen des Fahrzeugs hinsichtlich der Drehung um die Fahrzeughochachse ausgeglichen werden.
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Die Kontaktvorrichtung 200 hat die Form eines invertierten Pyramidenstumpfes und ist kongruent zum Ladekontaktelementträgerkopf 113. Durch die Form des invertierten Pyramidenstumpfes kann der Ladekontaktelementträgerkopf 113 mit der Gleitkante 127 an den Kontaktführungsflächen 206 der Kontaktvorrichtung in die Kontaktvorrichtung hineingleiten.
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Die Ladekontaktelemente für PE 125 und die Kontaktelemente für PE 203 können sich nur berühren, wenn der Ladekontaktelementträgerkopf 113 so ausgerichtet ist, dass eine Kontaktierung aus einer Fahrtrichtung X und der 180° dazu gedrehten, entgegengesetzten Richtung vorgenommen wird. In dem Fall, dass der Ladekontaktelementträgerkopf 90 zur Kontaktvorrichtung ausgerichtet ist, können sich die Ladekontaktelemente für PE 125 und die Kontaktelemente für PE 203 nicht berühren. Eine erfolgreiche Kontaktierung im Sinne der normativen Vorgaben zur Nachladung batterieelektrischer Fahrzeuge ist somit nicht möglich und eine Stromübertragung in diesem Fall ausgeschlossen.
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Der als Kontaktelement CP 204 vorgesehene Elektromagnet wird erst im Zuge der Initialisierung des Ladevorgangs, also bei Fahrzeugstillstand, aktiviert. Dabei ist die magnetische Verbindung zwischen dem Kontaktelement CP 204 und dem Ladekontaktelement CP 126 so ausgelegt, dass die zur Hochstromübertragung notwendige Kontaktkraft an allen Verbindungen zwischen den Ladekontaktelementen und den Kontaktelementen zur Verfügung steht. So ist es möglich, den Schrittmotor 108 nach erfolgreicher Kontaktierung zu deaktivieren. Die magnetische Verbindung funktioniert während des Ladevorgangs zusätzlich zur Ausbildung einer benötigten Kontaktkraft ebenfalls als Verriegelung der Verbindung zwischen Kontaktvorrichtung und Ladekontaktvorrichtung. Bei Auftreten einer Störung oder im Falle einer kontrollierten Beendigung des Ladevorgangs kann die magnetische Verbindung zwischen dem Kontaktelement CP 204 und dem Ladekontaktelement CP 126 durch Deaktivierung des Elektromagnets (Abschaltung von dessen Spannungsversorgung) beendet werden. Das System fällt dann, der gravitativen Wirkrichtung folgend, selbstständig in seine Ausgangsposition unterhalb der Fahrbahnoberkante. Dabei wird die beschleunigte Masse durch einen hydraulischen Stoßdämpfer 110 und ein elastisches Dämpfungselement 111 gebremst.
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Durch die Positionierung der Ladekontaktelemente für PE 125 am Ladekontaktelementträgerkopf 113 und die Positionierung der Kontaktelemente für Pluspol 201 und Minuspol 202 an der Kontaktvorrichtung 200 und am Ladekontaktelementträgerkopf 113 bilden Kontaktvorrichtung 200 und Ladekontakteinheit 100 ein System, welches in seinen Eigenschaften folgende Ähnlichkeiten zu einem Stecker-Buchse-System aufweist:
- • Stromübertragung nur in zulässigen Relativpositionen möglich;
- • Verriegelung des Systems während der Stromübertragung;
- • Kongruenz der Teilsysteme;
- • Schutz vor Berührung (mindestens Einhaltung der Vorgabe „Prüffinger“ der ECE R100), ohne dass ein zusätzliches Barriereelement benötigt wird.
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Eine Zusammenschau der 14 bis 15 zeigt die Fahrbahnabdeckung 300 in einer perspektivischen Ansicht und als einen in die Fahrbahnoberfläche 101 integrierten Mechanismus. Dieser umfasst einen Anschlussrahmen 301, welcher fest mit dem Schachtelement 102 der Ladekontakteinheit 100 verbunden ist und vier symmetrisch um eine Längsachse 302 angeordnete, bewegliche Klappen trägt.
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Diese beweglichen Klappen werden als Hauptklappen 303 und Hilfsklappen 304 bezeichnet, wobei die Hauptklappen 303 über eine Hebelkonstruktion 305 und die Hilfsklappen 304 über eine Scharnierkonstruktion 306 drehbar mit dem Anschlussrahmen 301 verbunden sind. Der innenliegende Teil des Anschlussrahmens 301 ist als Stahlrahmen 307 ausgebildet und wird von einem außenliegenden Betonrahmen 308 umschlossen. Dabei ist der Stahlrahmen 307 formschlüssig über einen Falz im Schachtelement 102 der Ladekontakteinheit 100 eingelassen, um eine Verschiebung entlang der Längsachse 302 und der Querachse 309 zu verhindern.
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Eine Zusammenschau der 16 bis 17 zeigt die Fahrbahnabdeckung 300 in einer Vorderansicht im geschlossenen und geöffneten Zustand, wobei zur Öffnung die vertikale Bewegung des Ladekontaktelementträgers 104 entlang der Hochachse 310, hier durch Pfeil 311 angedeutet, ausgenutzt wird, um die Hauptklappen 303 um ein Drehlager 312 gegenläufig aus ihrer Ruhelage zu rotieren, wie durch Pfeil 313 angedeutet. Dabei sorgen die an beiden Hauptklappen 303 befestigten Roll- oder Gleitelemente 314 dafür, dass der Ladekontaktelementträger 104 reibungsarm an den Hauptklappen 303 entlang rollen beziehungsweise gleiten kann und dadurch die Hebelkonstruktion 305 beide Hauptklappen 303 symmetrisch in zueinander gegenläufiger Richtung öffnen kann. Eingeleitet durch den Öffnungs- respektive Schließvorgang gleiten die Hilfsklappen 304 entlang der Hauptklappen 303 und werden mit Hilfe der Scharnierkonstruktion 306 um ein Drehlager 315 rotiert. In Ruhelage soll die Fahrbahnabdeckung 300 eine geschlossene Fahrbahnoberfläche 101 ausbilden; hierfür sind die Hauptklappen 303 sowie die Hilfsklappen 304 durch die Federelemente 316 und die Federelemente 317 vorgespannt.
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Eine Zusammenschau der 18 bis 19 zeigt, wie die Fahrbahnabdeckung 300 die Abweichung (± y) der Position des Ladekontaktelementträgers 104 von der Hochachse 310 ausgleicht, indem der Ladekontaktelementträger 104 die federvorgespannten Hauptklappen 303 während der eindimensionalen horizontalen Bewegung, hervorgerufen durch eine Positionsabweichung des Fahrzeuges in Fahrzeugquerrichtung Y nach Erstberührung des Ladekontaktelementträgers 104 mit der Kontaktvorrichtung 200, führt. Der Ladekontaktelementträger wird durch die Positionsabweichung des Fahrzeuges bei der Kontaktierung aus seiner Mittellage bewegt (in beiden Richtungen von Y), die Klappenmechanik sorgt dafür, dass dieser nach Kontakttrennung und Rückfall in die Ruheposition wieder in die Mittellage geführt wird.
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Eine Zusammenschau der 20 bis 21 zeigt, dass der Ladekontaktelementträger 104 durch die Rückstellkräfte der Federelemente 316 aus einer horizontal verschobenen Position, wie in den vorangegangenen 18 und 19 gezeigt, wieder in seine zentrierte Position verschoben wird, damit dieser nach dem Schließvorgang der Fahrbahnabdeckung 300 stets eine zur Hochachse 310 symmetrische Position einnimmt.
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Die Erfindung betrifft zudem eine weitere, in den 22 bis 35 gezeigte Ausführungsform der Erfindung, bei der ebenfalls durch einen einzigen, geeigneten Antrieb bei einer im Boden integrierten Ladekontakteinheit eine vertikale Aufwärtsbewegung eines Ladekontaktelementträgers ermöglicht und die Öffnung einer von Fahrzeugen überfahrbaren, darüber befindlichen, beweglichen Fahrbahnabdeckung bewirkt werden kann.
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Das Unterflur-Kontaktsystem aus den 22 bis 35 umfasst ebenso wie das System der 1 bis 21 die drei Teilsysteme, die aus einer Ladekontakteinheit 1100, Kontaktvorrichtung 1200 und die Fahrbahnabdeckung 1300. bestehen
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Die Fahrbahnabdeckung 1300 ist in der 22 in einer perspektivischen Ansicht gezeigt und als ein in die Fahrbahnoberfläche integrierter Mechanismus ausgebildet. Dieser umfasst, wie bei den in den 1 bis 21 gezeigten Ausführungsformen, einen Anschlussrahmen 1307, welcher fest mit dem Schachtelement der Ladekontakteinheit 1100 verbunden ist sowie Abdeckelemente 1303, 1304 und Abdeckelementträger 1303a, 1304a, auf die weiter unten näher eingegangen wird.
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23 zeigt in ihrem oberen Bereich in einer perspektivischen Darstellung die Fahrbahnabdeckung mit dem Anschlussrahmen1307 und zwei Abdeckelementen in Form von in dem Anschlussrahmen linear verschiebbaren Platten 1303, 1304. Die Abdeckelemente/Platten sind derart mechanisch geführt, dass sie horizontal in dem Anschlussrahmen 1307 in Richtung der Pfeile 1320, 1321 auseinandergleiten können. Sie gleiten dabei oberhalb und im Abstand von einem oder mehreren in dem Anschlussrahmen angeordneten, ebenen mechanischen Anschlägen 1322. Wird die Fahrbahnabdeckung im geschlossenen Zustand von einem Fahrzeug überfahren oder anderweitig von oben belastet, so senken sich die Abdeckelemente ab, bis dass sie auf dem/den Anschlägen ruhen. Das Gewicht wird auf diese Weise durch den Anschlussrahmen 1307 abgefangen und die auf die Antriebsmechanik der Abdeckelemente wirkenden Kräfte werden begrenzt.
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Im unteren Bereich der 23 ist der Anschlussrahmen 1307 nochmals dargestellt, wobei die Abdeckelemente 1303, 1304 weggelassen sind, um den Blick auf die Abdeckelementträger 1303a, 1304a freizugeben. Diese sind in Schienen 1323 auf beiden Seiten des Anschlussrahmens gleitend verschiebbar geführt, wodurch sich ebenfalls die horizontal gleitende Bewegbarkeit der Abdeckelemente ergibt. Die Abdeckelemente 1303 1304 sind auf den Abdeckelementträgern mittels einer schwimmenden Lagerung in Form von elastischen Halteelementen1324, 1325, beispielsweise Elastomerblöcken gelagert. Beispielsweise können die Abdeckelemente und die Abdeckelementträger unabhängig voneinander mit den Elastomerblöcken verbunden, insbesondere mittels einer Schraubverbindung verbunden sein. An den Abdeckelementträgern 1303a, 1304a sind jeweils 3 Abrollelemente achsparallel zueinander nebeneinander dargestellt, an denen ein Ladekontaktelementträgerkopf mit einer Einlaufschräge entlanggleiten kann, um den Abdeckelementträger horizontal zur Seite zu schieben. Eines der Abrollelemente ist in der Figur mit 1326 bezeichnet. Auf die Abrollelemente wird weiter unten noch näher eingegangen.
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Die Ladekontakteinheit 1100 weist grundsätzlich einen Antriebsmechanismus auf, der dem in der 5 dargestellten Mechanismus entspricht. Dieser besteht aus einem Schachtelement, einem am Schachtelement befestigten Trägerelement, einem Ladekontaktelementträger und einer Hubmechanik, welche das Trägerelement und den Ladekontaktelementträger 1104 verbindet und eine vertikale Bewegung des Ladekontaktelementträgers nach oben zur Fahrbahnoberfläche ermöglicht.
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Die 24 und 25 zeigen den Ladekontaktelementträger 1104 in verschiedenen Positionen. Der Ladekontaktelementträger 1104 umfasst das Ladekontaktelementträgerpodest 1112 und den Ladekontaktelementträgerkopf 1113. Der Ladekontaktelementträgerkopf 1113 hat die Form eines Pyramidenstumpfes und trägt die Ladekontaktelemente 1123 (vgl. 9, 10). Die elektrischen Kontakte des Ladekontaktelementträgerkopfes 1113 sind grundsätzlich ebenso aufgebaut und gestaltet, wie dies in den 9, 10 dargestellt ist. Die Kontaktvorrichtung 1200 kann ebenso analog zu der in den 11, 12 und 13 gezeigten aufgebaut sein. Die Kontaktvorrichtung 1200 bezeichnet grundsätzlich das am Fahrzeugunterboden starr oder beweglich befestigte Teilsystem. Durch die im Zusammenhang mit den 11, 12 und 13 beschriebenen Schutzmechanismen wird eine Freigabe des Ladestroms erst nach Sicherstellung der einwandfreien Kontaktgabe ermöglicht und es ist auch sichergestellt, dass eine Freigabe der Leistungskontakte bei einer Positionierung orthogonal zur Fahrrichtung nicht möglich ist.
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Das Ladekontaktelementträgerpodest 1112 und der Ladekontaktelementträgerkopf 1113 sind, wie die Zusammenschau der linken und der rechten Darstellung dieser Elemente in der 24 zeigt, gemeinsam in vertikaler Richtung durch die Hubmechanik bewegbar. Der Ladekontaktelementträgerkopf 1113 ist horizontal in zwei Dimensionen, beispielsweise in Fahrzeuglängsrichtung und quer dazu um eine Mittellage linear beweglich (± x). Die 25a zeigt eine translatorisch aus der Mittellage des Ladekontaktelementträgerpodestes 1112 verschobene Position des Ladekontaktelementträgerkopfes 1113. Durch diese Beweglichkeit können Positionierungstoleranzen des Fahrzeugs in allen horizontalen Richtungen ausgeglichen werden.
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Die 25b zeigt eine gegenüber der Mittellage um die vertikale Achse des Ladekontaktelementträgers gedrehte Position des Ladekontaktelementträgerkopfes 1113. Durch die Drehbarkeit können auch aus einer Normalposition verdrehte Stellungen eines Fahrzeugs oder seiner Kontaktvorrichtung ausgeglichen werden und der Ladekontaktelementträgerkopf 1113 kann so verdreht und verschoben werden, dass er sich an das Kontaktelement im Fahrzeug anpassen und einen zuverlässigen Kontakt herstellen kann. Dies ist sowohl für den Fall möglich, dass das Kontaktelement für sich verschiebbar und/ oder verdrehbar gelagert ist, als auch für den Fall, dass das Kontaktelement im Fahrzeug fest und unverdrehbar und/ unverschiebbar montiert ist.
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Die 26 zeigt ein Ladekontaktelementträgerpodest 1112, in dem ein erstes Zwischenpodest 1128 auf Schienen linear verschiebbar gelagert ist. An dem Zwischenpodest 1128 ist ein Drehlager 1127 zur drehbaren Lagerung eines Ladekontaktelementträgerkopfes vorgesehen.
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Die 27 zeigt eine Darstellung eines Ladekontaktelementträgers bei der ein Teil der Verkleidung des Ladekontaktelementträgerpodestes der Übersichtlichkeit halber weggelassen ist. Es ist das erste Zwischenpodest 1127 erkennbar, dass auf Schienen gelagert ist, welche ihrerseits in einem zweiten Zwischenpodest 1130 befestigt sind.
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Das zweite Zwischenpodest 1130 ist auf Schienen gelagert, die an dem Rahmen des Ladekontaktelementträgerpodestes 1112 befestigt sind. Es sind zusätzlich Federelemente gezeigt, von denen die vorderen beiden mit 1120c und 1120d bezeichnet sind und die an dem ersten Zwischenpodest einerseits und an dem Rahmen des Ladekontaktelementträgerpodestes 1112 andererseits befestigt sind.
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Die Federelemente gewährleisten in der Ruhelage die Ausrichtung des gesamten Ladekontaktelementträgerkopfes 1113 in einer mittleren und unverdrehten Position.
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Wie in den 28, 29, 30 und 31 unter Weglassung übriger Elemente dargestellt, ist das Ladekontaktelementträgerpodest 1112, an dem Ladekontaktelementträgerkopf 1113 befestigt wird, derart ausgebildet, dass der Ladekontaktelementträgerkopf 1113 in einem Drehlager 1127 auf einem ersten Zwischenpodest 1128 sitzt. Das erste Zwischenpodest 1128 ist mittels vier Führungselementen 1129a, 1129b, 1129c und 1129d linear beweglich auf zwei Führungsschienen 1131, 1132 eines zweiten Zwischenpodestes 1130 geführt.
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Das zweite Zwischenpodest 1130 ist seinerseits mittels vier Führungselementen 1133a, 1133b, 1133c, 1133d an zwei Führungsschienen 1134, 1135 linear beweglich geführt, welche ihrerseits an dem Ladekontaktelementträgerpodest 1112 oder genauer an dessen Rahmen befestigt sind. Die Führungsschienen1131, 1132 sind untereinander parallel und verlaufen vorzugsweise senkrecht zu den Führungsschienen 1134, 1135.
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Die Ausrichtung des Ladekontaktelementträgerkopfes 1113 auf dem Ladekontaktelementträgerpodest 1112 in einer mittleren Position erfolgt durch die vier in verschiedenen Richtungen zwischen dem ersten Zwischenpodest 1128 und dem Ladekontaktelementträgerpodest 1112 gespannte elastische Elemente 1120a, 1120b,1120c und 1120d insbesondere in Form von Federbeinen aus einem nicht elektrisch leitfähigen Material oder Elastomersträngen.
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Durch eine auf vier verschiedene Richtungen verteilte, insbesondere rotationssymmetrische Anordnung der vier elastischen Elemente 1120a, 1120b, 1120c und 1120d wird ein Kräftegleichgewicht und damit die mittige Positionierung sichergestellt.
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Die vier 28 bis 31 zeigen die Konstellation mit dem ersten und zweiten Zwischenpodest in vier verschiedenen Stellungen, wobei das erste Zwischenpodest 1128 in 28 aus der Mitte nach links verschoben, in der 29 nach rechts, in der 30 nach unten und in der 31 nach oben verschoben ist.
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Durch die Positionierung der Ladekontaktelemente am Ladekontaktelementträgerkopf 1113 in der im Zusammenhang mit der in den 9 bis 12 und folgende erläuterten Form, die auch in diesem Ausführungsbeispiel Anwendung finden kann, bilden Kontaktvorrichtung 1200 und Ladekontakteinheit 1100 ein System, welches in seinen Eigenschaften folgende Ähnlichkeiten zu einem Stecker-Buchse-System aufweist:
- • Stromübertragung nur in zulässigen Relativpositionen möglich;
- • Verriegelung des Systems während der Stromübertragung;
- • Kongruenz der Teilsysteme;
- • Schutz vor Berührung (mindestens Einhaltung der Vorgabe „Prüffinger“ der ECE R100), ohne dass ein zusätzliches Barriereelement benötigt wird.
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In der 32 ist eine Ladekontakteinheit 1100 mit einer Fahrbahnabdeckung 1300 schematisch in einer Seitenansicht gezeigt. Ein Teil der Fahrbahnabdeckung ist der Anschlussrahmen 1307 mit einer auf diesem fest montierten Abdeckplatte 1330. Die Abdeckplatte 1330 weist eine Öffnung auf, die außerhalb des Betriebs durch zwei Abdeckelemente 1303, 1304 verschlossen ist. Die Abdeckelementträger 1303a und 1304 a, die die Abdeckelemente 1303 und 1304 tragen, sind in Schienen im Anschlussrahmen 1307 geführt, wie am besten aus der 23 ersichtlich ist.
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Die 33, 34 und 35 zeigen etwas detaillierter eine Seitenansicht des Ladekontaktelementträgers 1104 und eine Teils der Fahrbahnabdeckung mit den Abdeckelementträgern 1303a, 1304a, und den Abdeckelementen 1303, 1304. Aus der Figur ist erkennbar, dass die Abdeckelemente 1303, 1304 mittels elastischer Elemente 1324, 1325 schwimmend auf jeweils einem Abdeckelementträger 1303a, 1303b gelagert sind. Die 33, 34 und 35 zeigen die Abdeckelementträger, Abdeckelemente und einen Ladekontaktelementträgerkopf in drei verschiedenen Positionen.
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33 zeigt den Ladekontaktelementträger 1104 mit dem Ladekontaktelementträgerkopf 1113 in einer Position unterhalb der Abdeckelementträger 1303a, 1304a unmittelbar an dem Punkt, an dem die Einlaufschrägen des pyramidenstumpfförmigen Ladekontaktelementträgerkopfes 1113 mit den Abrollelementen Kontakt aufnehmen, die hier als Serie von jeweils drei Rollen an jedem Abdeckelementträger ausgebildet sind. Von den Rollen ist die oberste Rolle des Abdeckelementträgers 1303a mit 1326 bezeichnet.
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In der 34 ist eine Zwischenposition dargestellt, in der der Ladekontaktelementträger 1104 bereits ein Stück weit zwischen den Abdeckelementträgern 1303a, 1304a hindurch gelaufen ist und diese dabei seitlich auseinandergedrückt hat. Die Einlaufschrägen des Ladekontaktelementträgerkopfes 1113 sind dabei mit mehreren Rollen gleichzeitig in Kontakt gekommen.
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In der 35 ist die Stellung gezeigt, in der der Ladekontaktelementträger 1104 weiter zwischen den Abdeckelementträgern 1303a, 1304a hindurch senkrecht nach oben gelaufen ist und der Ladekontaktelementträger kurz davor ist, mit einer nicht dargestellten Kontaktvorrichtung eines Kraftfahrzeugs in Kontakt zu treten.
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Ein großer Vorteil der hier beschriebenen Konstruktion mit seitlich horizontalverschiebbaren Abdeckelementträgern und Abdeckelementen liegt darin, dass für die Funktion beim Laden einer Batterie eines Kraftfahrzeuges nur eine minimale Bodenfreiheit des Fahrzeugs erforderlich ist, weil die Abdeckelemente sich nicht über das Fahrbahnniveau erheben.
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Für sich oder in Kombination miteinander oder in Kombination mit den Patentansprüchen sind grundsätzlich auch die folgenden Aspekte schutzfähig:
- 1. Aspekt: Fahrbahnabdeckung für ein Kontaktsystem für elektrisch angetriebene Fahrzeuge, wobei diese Fahrzeuge mindestens einen Energiespeicher aufweisen, wobei die Fahrbahnabdeckung in einer Vertiefung unterhalb einer Fahrbahnoberkante angeordnet ist, wobei die Fahrbahnabdeckung durch einen Anschlussrahmen mit einem Schachtelement verbunden ist, wobei die Fahrbahnabdeckung eine oder mehrere Hilfsklappen umfasst, die mit dem Anschlussrahmen drehbar gelagert verbunden sind, wobei die Fahrbahnabdeckung eine oder mehrere Hauptklappen umfasst, welche mittels einer mit dem Anschlussrahmen verbundenen Hebelkonstruktion drehbar gelagert sind, wobei Hauptklappen und Hilfsklappen im geschlossenen Zustand durch den Anschlussrahmen mechanisch gelagert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptklappen relativ zu dem Ladekontaktelementträger der Ladekontakteinheit so angeordnet sind, dass diese bei dessen vertikaler Aufwärtsbewegung mittels der Hebelkonstruktion ausgelenkt werden und so der Austritt des Ladekontaktelementträgers aus der Fahrbahnoberfläche bis zum Kontaktschluss mit der Kontaktvorrichtung ermöglicht wird.
- 2. Aspekt: Die Fahrbahnabdeckung beinhaltet mindestens eine Hauptklappe, welche mittels einer Hebelkonstruktion drehbar gelagert und mittels einer Feder reversibel verstellbar ist, wobei die Hebelkonstruktion mit dem Anschlussrahmen verbunden ist und die Hauptklappen durch den Anschlussrahmen im geschlossenen Zustand mechanisch gelagert werden.
- 3. Aspekt: Die Fahrbahnabdeckung ist im geschlossenen Zustand durch schwere Fahrzeuge überfahrbar.
- 4. Aspekt: Fahrbahnabdeckung: Die Klappenmechanik (Hauptklappen) ist so ausgeführt, dass die Ladekontakteinheit bei Rückfall in den sicheren Anlagenzustand selbsttätigt in deren Ausgangslage zurückgeführt wird (Zentrierung).
- 5. Aspekt: Das Aufstoßen der Hauptklappe/-n führt ebenfalls zum Aufstoßen der Hilfsklappe/-n.
- 6. Aspekt: Die Fahrbahnabdeckung kann eine Vorrichtung, beispielsweise einen Elektromagneten enthalten, mit der die Klappenmechanik gegen unberechtigtes Öffnen gesichert werden kann.
- 7. Aspekt: Die Fahrbahnabdeckung kann eine Messeinrichtung, beispielsweise einen Sensor enthalten, mit dessen Hilfe die Berechtigung und/oder die korrekte Position des nachzuladenden Fahrzeuges hinsichtlich der Einhaltung der tolerierbaren Positionierungenauigkeit geprüft werden kann.
- 8. Aspekt: Im Schachtelement, mit welchem die Fahrbahnabdeckung verbunden ist, kann eine Vorrichtung, beispielsweise eine Warmluftheizung, vorgesehen sein, um die Schachtabdeckung und die Ladekontakteinheit gegenüber funktionsschädigenden Umgebungseinflüssen, insbesondere Schnee und Eis, zu schützen.
- 9. Aspekt: Die Fahrbahnabdeckung kann eine Aktorik (elektrisch, pneumatisch, hydraulisch) enthalten, mit welcher die Fahrbahnabdeckung geöffnet und geschlossen werden kann.
- 10. Aspekt: Ladekontakteinheit für ein Kontaktsystem für elektrisch angetriebene Fahrzeuge, wobei diese Fahrzeuge mindestens einen Energiespeicher aufweisen, wobei die Ladekontakteinheit zur Ausbildung einer elektrischen leitenden Verbindung zwischen einem Fahrzeug mit einer Kontaktvorrichtung und einer stationären Ladestation dient, wobei die Kontaktvorrichtung an einem Fahrzeug angeordnet ist, wobei die Ladekontakteinheit einen Ladekontaktelementträger umfasst, wobei mit der Ladekontakteinheit die Kontaktvorrichtung kontaktierbar ist, wobei die Ladekontakteinheit eine Hubmechanik umfasst, wobei mittels der Positioniereinrichtung der Ladekontaktelementträger relativ zur Kontaktvorrichtung positionierbar ist, wobei der Ladekontaktelementträger Ladekontaktelemente aufweist, wobei die Ladekontaktelemente mit Kontaktelementen der Kontaktvorrichtung jeweils zur Ausbildung von Kontaktpaarungen kontaktierbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladekontaktelemente so an dem Ladekontaktelementträger relativ zu den Kontaktelementen angeordnet sind, dass bei einem Zusammenführen von Ladekontakteinheit und Kontakteinrichtung eine definierte Reihenfolge bei der Ausbildung von Kontaktpaarungen eingehalten wird.
- 11. Aspekt: Die Ladekontakteinheit ist am Fahrzeugboden anordbar (invertiert).
- 12. Aspekt: Die Ladekontakteinheit beinhaltet einen Ladekontaktelementträger, welcher aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet ist.
- 13. Aspekt: Die Ladekontakteinheit beinhaltet eine kombinierte, passive Quer- und Längsführung (Gleitlager mit Federelementen zur Längsführung, Gleitlager ohne Federelemente zur Querführung; auch denkbar sind aufwendigere mechanische oder aktorische Lösungen zum Ausgleich der Positionstoleranzen), mittels deren der Ladekontaktelementträger quer und längs aus seiner Ausgangslage verschieblich ist und bei Rücknahme der Krafteinwirkung durch Federrückstellkräfte (der Längsführung beziehungsweise der Klappenmechanik) selbsttätig in seine Ausgangslage zurückgeführt wird.
- 14. Aspekt: Die Ladekontakteinheit beinhaltet eine Positioniereinrichtung, beispielsweise gebildet aus einem Zahnstangenhubgetriebe mit einem Schrittmotor (oder hydraulisch, pneumatisch, elektromagnetisch, Magnetschwebetechnik...), mittels deren die Ladekontakteinheit in vertikaler Richtung zur Kontaktvorrichtung positionierbar ist.
- 15. Aspekt: Der Ladekontaktelementträger der Ladekontakteinheit ist geometrisch in Form eines Kegelstumpfes (auch eine andere Geometrie ist denkbar: Kegelstumpf, V-Form, Vieleck...) ausgebildet, so dass beim Zusammenführen mit der Kontaktvorrichtung durch diese eine Führung für den Ladekontaktelementträger ausgebildet und bei vollständigem Kontaktschluss eine formschlüssige Verbindung mit der Kontaktvorrichtung erreicht wird und dadurch erreicht wird, dass die miteinander im Kontaktschluss stehenden Kontaktelemente und Ladekontaktelemente im Sinne geltender Vorschriften zur Elektrosicherheit (ECE R100) gegen direktes Berühren (Prüffinger) geschützt sind, ohne das ein zusätzliches Barriereelement benötigt wird.
- 16. Aspekt: Der Ladekontaktelementträger der Ladekontakteinheit beinhaltet elektrisch leitfähige Ladekontaktelemente (DC+, DC-, PE), die bolzenförmig oder plattenförmig ausgebildet sind, zum Anschluss an eine Ladestation.
- 17. Aspekt: Der Ladekontaktelementträger der Ladekontakteinheit beinhaltet ein weiteres elektrisch leitfähiges Ladekontaktelement (CP) aus einem magnetischen Werkstoff zum Anschluss an eine Ladestation, welches im Ladekontaktelementträger so angeordnet ist, dass dieses Ladekontaktelement beim Zusammenführen des Ladekontaktelementträgers mit der Kontaktvorrichtung mit einem in der Kontaktvorrichtung angeordneten Elektromagneten in Kontakt bringbar ist.
- 18. Aspekt: Die Ladekontakteinheit kann eine Vorrichtung, beispielsweise einen hydraulischen Stoßdämpfer, aufweisen, mit der die durch Gravitation beschleunigte Systemmasse der Ladekontakteinheit bei deren Rückfall in den sicheren Anlagenzustand beim Aufprall auf das Schachtelement gedämpft wird.
- 19. Aspekt: Kontaktvorrichtung für ein Kontaktsystem für elektrisch angetriebene Fahrzeuge, wobei diese Fahrzeuge mindestens einen Energiespeicher aufweisen, wobei die Kontaktvorrichtung zur Ausbildung einer elektrischen leitenden Verbindung zwischen einem Fahrzeug mit der Kontaktvorrichtung und einer stationären Ladestation dient, wobei die Kontaktvorrichtung an einem Fahrzeug angeordnet ist, wobei die Kontaktvorrichtung eine Konstruktion zur Aufnahme von Kontaktelementen umfasst, wobei mit der Ladekontakteinheit die Kontaktvorrichtung kontaktierbar ist, wobei die Ladekontakteinheit eine Positioniereinrichtung umfasst, wobei mittels der Positioniereinrichtung der Ladekontaktelementträger relativ zur Kontaktvorrichtung positionierbar ist, wobei der Ladekontaktelementträger Ladekontaktelemente aufweist, wobei die Ladekontaktelemente mit Kontaktelementen der Kontaktvorrichtung jeweils zur Ausbildung von Kontaktpaarungen kontaktierbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente so an der Kontaktvorrichtung relativ zu den Ladekontaktelementen angeordnet sind, dass bei einem Zusammenführen von Ladekontakteinheit und Kontaktvorrichtung eine definierte Reihenfolge bei der Ausbildung von Kontaktpaarungen eingehalten wird.
- 20. Aspekt: Die Kontaktvorrichtung ist unterhalb der Fahrbahnoberkante anordbar (invertiert).
- 21. Aspekt: Die Kontaktvorrichtung beinhaltet Kontaktführungsflächen in Form eines Pyramidenstumpfes (auch eine andere Geometrie ist denkbar: Kegelstumpf, V-Form, Vieleck...) aus einem elektrisch isolierenden Material, die im kontaktierten Zustand einen Formschluss mit dem Ladekontaktelementträger der Ladekontakteinheit bilden.
- 22. Aspekt: Die Kontaktvorrichtung beinhaltet elektrisch leitfähige Kontaktelemente, die bolzenförmig oder als Kontaktplatten ausgebildet und in den Kontaktführungsflächen gelagert und geometrisch auf den Kontaktführungsflächen so angeordnet sind, dass die polrichtige Anfahrt des zu ladenden Fahrzeuges aus zwei Bewegungsrichtungen einer ersten Raumrichtung ermöglicht werden kann, zum Anschluss an einen Fahrzeugenergiespeicher.
- 23. Aspekt: Die Kontaktvorrichtung beinhaltet ein weiteres elektrisch leitfähiges Kontaktelement (CP), welches nicht in einer der Kontaktführungsflächen angeordnet ist und welches als ein Elektromagnet ausgebildet ist, mit welchem eine zu- und abschaltbare Verriegelung des Kontaktschlusses während des Ladevorgangs sowie die Ausbildung einer ausreichend hohen Kontaktkraft zwischen den Kontaktelementen und den Ladekontaktelementen gewährleistet werden kann. Zur Rückführung des Systems in die Ausgangslage (sicherer Anlagenzustand) wird keine Antriebsenergie benötigt (Bestromung des Elektromagneten wird abgebrochen, Rückführung durch Gravitation).
- 24. Aspekt: Die Kontaktvorrichtung beinhaltet ein weiteres elektrisch leitfähiges Kontaktelement, welches nicht in einer der Kontaktführungsflächen angeordnet und geometrisch so angeordnet ist, dass eine Anfahrt aus einer orthogonal zur ersten Raumrichtung stehenden zweiten Raumrichtung durch entsprechende Anordnung der Kontaktelemente und Ladekontaktelemente zur Ausbildung der PE-Verbindung nicht zu einer Sollstromfreigabe führen kann (Verhinderung Kurzschluss bei nicht polrichtiger Anfahrt).
- 25. Aspekt: Die Kontaktführungsflächen der Kontaktvorrichtung bilden eine Führung für den Ladekontaktelementträger aus.
- 26. Aspekt: Die Kontaktvorrichtung kann einen Schutz gegen Umwelteinwirkungen, insbesondere Schmutz, in Form von beispielsweise eines Klappensystems aufweisen, welches mit oder ohne separate Funktionsaktorik (elektrisch, pneumatisch, hydraulisch, magnetisch, Schwerkraft und Federkraft) ausgeführt sein kann.
- 27. Aspekt: Die Kontaktvorrichtung kann Heizelemente, beispielsweise in Form von Heizbändern, enthalten, um für die Kontaktelemente Schnee- und Eisfreiheit zu gewährleisten.
- 28. Aspekt: Zur Erhöhung des übertragbaren Ladestroms können mehr als ein Kontaktelement je ausgebildetem Kontaktpol, vornehmlich der Kontaktpole zur Leistungsübertragung und für den Schutzleiter (PE), sowohl in der Kontaktvorrichtung als auch in der Ladekontakteinheit enthalten sein.
- 29. Aspekt: Kontaktsystem mit einer Fahrbahnabdeckung nach einem der Aspekte 1 bis 9, einer Ladekontakteinheit nach einem der Aspekte 10 bis 18 und einer Kontaktvorrichtung nach einem der Aspekte 19 bis 28.
- 30. Aspekt: Verfahren zur Ausbildung einer elektrischen leitenden Verbindung zwischen einem Fahrzeug und einer stationären Ladestation, insbesondere für ein Kontaktsystem für elektrisch angetriebene Fahrzeuge, wobei diese Fahrzeuge mindestens einen Energiespeicher aufweisen, mit einer Fahrbahnabdeckung, einer Ladekontakteinheit und einer Kontaktvorrichtung, wobei die Ladekontakteinheit in einem Schachtelement unterhalb der Fahrbahnabdeckung angeordnet ist, wobei die Kontaktvorrichtung an einem Fahrzeug angeordnet ist, wobei die Ladekontakteinheit einen Ladekontaktelementträger umfasst, wobei mit der Ladekontakteinheit die Kontaktvorrichtung kontaktierbar ist, wobei die Ladekontakteinheit oder die Kontaktvorrichtung eine Positioniereinrichtung umfasst, wobei mittels der Positioniereinrichtung der Ladekontaktelementträger relativ zur Kontaktvorrichtung positionierbar ist, wobei der Ladekontaktelementträger Ladekontaktelemente aufweist, wobei die Ladekontaktelemente mit Kontaktelementen der Kontaktvorrichtung jeweils zur Ausbildung von Kontaktpaarungen kontaktierbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladekontakteinheit und die Kontaktvorrichtung so zusammengeführt werden, dass eine definierte Reihenfolge bei der Ausbildung von Kontaktpaarungen eingehalten wird.
- 31. Aspekt: Verfahren: Es wird zunächst eine Schutzleiterkontaktpaarung vor einer Leistungskontaktpaarung ausgebildet.
- 32. Aspekt: Verfahren: Es wird zunächst eine Leistungskontaktpaarung vor einer Steuerleiterkontaktpaarung ausgebildet.
- 33. Aspekt: Verfahren: Die notwendige Halte- und Kontaktkraft während des Ladevorgangs wird durch Aktivierung eines Elektromagneten (Kraftschluss) aufgebracht, wodurch die Aktorik der Positioniereinrichtung stromlos geschaltet werden kann und das System maximale Bewegungsfreiheit in Wirkrichtung der Gravitation aufweist. Die Bestromung der Aktorik kann dabei nach Auswertung einer Stromüberhöhung im Moment des erfolgten Kontaktschlusses abgeschaltet werden.
- 34. Aspekt: Verfahren: parallele Verknüpfung der Bestromung des in der Kontaktvorrichtung angeordneten und als Steuerleiterkontakt fungierenden Elektromagneten mit der Schutzbeschaltung des Ladevorgangs (Schließen/ Öffnen der Steuerleitung auf Fahrzeugseite).
