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Die Erfindung betrifft eine Kontakteinheit für ein Ladesystem für elektrisch angetriebene Fahrzeuge, insbesondere Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Busse oder dergleichen, sowie ein Ladesystem, wobei das Ladesystem eine Ladekontaktvorrichtung und eine Kontaktvorrichtung mit einem Kontakteinheitenträger umfasst, wobei der Kontakteinheitenträger die Kontakteinheit aufweist, wobei mit der Kontakteinheit ein Ladekontakt der Ladekontaktvorrichtung zur Ausbildung einer Kontaktpaarung kontaktierbar ist, wobei die Kontakteinheit ein aus Metall ausgebildetes Kontaktelement aufweist, wobei die Kontakteinheit eine Anschlussleitung zur Verbindung mit dem Fahrzeug oder der Ladestation aufweist, wobei das Kontaktelement einen Kontakthöcker aufweist, wobei der Kontakthöcker eine Kontaktfläche zur Kontaktierung des Ladekontaktes ausbildet.
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Derartige Kontakteinheiten und Ladesysteme sind bereits aus dem Stand der Technik bekannt und werden regelmäßig zur Ladung elektrisch angetriebener Fahrzeuge an beispielsweise einem Haltepunkt eingesetzt. Hierbei wird zwischen Ladesystemen unterschieden, die auf einem Dach eines Fahrzeugs oder unterhalb eines Bodens des Fahrzeugs angeordnet sind. So ist beispielsweise aus der
WO 2015/ 018 889 A1 ein Ladesystem bekannt, bei dem eine dachförmige Ladekontaktvorrichtung von einem übereinstimmend ausgebildeten Kontakteinheitenträger einer Kontaktvorrichtung kontaktiert wird. Der Kontakteinheitenträger wird in eine Kontaktposition geführt, wobei Kontaktelemente in dem Kontakteinheitenträger an dachförmigen Schrägen der Ladekontaktvorrichtung entlang gleiten und der Kontakteinheitenträger in der Ladekontaktvorrichtung zentriert wird. Ein Zusammenführen von Kontaktvorrichtung und Ladekontaktvorrichtung erfolgt mittels einer Positioniereinrichtung, die hier in Art einer Schwinge auf dem Dach des Fahrzeugs angeordnet ist. Während eines Halts des Fahrzeugs an einer stationären Ladestation kann dann eine Ladung von Batterien des Fahrzeugs erfolgen. Dabei werden Kontaktpaarungen für einen Ladestromkreis und für beispielsweise eine Steuerleitung, Erdung oder eine Datenübertragung ausgebildet. Es ist daher stets vorgesehen, eine Mehrzahl von Kontaktelementen mit jeweils zugeordneten Ladekontakten zu kontaktieren.
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Bei bestimmten Fahrzeugtypen, wie beispielsweise Personenkraftwagen, ist eine Anordnung des Ladesystems unterhalb eines Fahrzeugs aus praktischen und ästhetischen Gründen vorgesehen. Gleichwohl ist es möglich auch bei Lastkraftwagen oder Bussen eine derartige Anordnung vorzunehmen. Bei den bisher bekannten Ladesystemen, die zur Übertragung hoher Ströme, beispielsweise 500 A bis 1000 A mit einer Spannung von 750 V, ausgebildet sind, ist es stets erforderlich, entsprechend groß dimensionierte Kontakteinheiten bzw. Kontaktelemente sowie entsprechende Leiterquerschnitte vorzusehen.
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Ein prinzipielles Problem bei der Ausbildung einer Kontaktpaarung sind Verschmutzungen an den Kontaktelementen oder Ladekontakten sowie eine Oxidation bzw. Korrosion einer Oberfläche der Kontaktelemente bzw. Ladekontakte. Die Kontaktelemente bzw. Ladekontakte bestehen regelmäßig aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, um möglichst hohe Ströme übertragen zu können, wobei es hier vergleichsweise schnell zur Bildung einer Oxidationsschicht kommt. Sofern die Kontaktelemente beim Einführen in eine Kontaktposition an Flächen einer Ladekontaktvorrichtung entlangschleifen, können gegebenenfalls Verschmutzungen und eine Oxidationsschicht von den Kontaktelementen bzw. Ladekontakten entfernt werden. Darüber hinaus sind derartige Verschmutzungen bei Kontaktpaarungen für einen Ladestromkreis bei einer Spannung von beispielsweise 750 V nicht von großer Bedeutung, da aufgrund der hohen Spannung und einer Wärmeentwicklung beim Laden Verschmutzungen und Oxidationsschichten leicht überbrückt und gegebenenfalls auch beseitigt werden können. Bei Kontaktpaarungen für eine Steuerleitung, Erdung oder eine Datenübertragung ist dies jedoch nicht der Fall, weshalb, wenn eine Verschmutzung oder Oxidationsschicht nicht durch einen Abrieb beseitigt wird, es zu unerwünschten Kontaktunterbrechungen kommen kann. Aufgrund der bei diesen Kontaktpaarungen verwendeten geringen Spannung sind diese Kontaktpaarungen empfindlicher bei Korrosionsproblemen, so dass beispielsweise eine sichere Signalübertragung oder Erdung nicht immer gewährleistet werden kann.
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Die
US 2010 / 0 308 768 A1 beschreibt verschiedene Varianten einer Kontakteinheit bzw. ein Ladesystem für elektrisch angetriebene Personenkraftwagen. Dabei können Ladekontakte unterhalb eines Fahrzeugs auf einem Boden angeordnet sein, wobei stempelförmige Kontakteinheiten von dem Fahrzeug auf die Ladekontakte abgesenkt werden können. Die Kontakteinheiten sind jeweils in Art eines Stempels mit einer planen Kontaktfläche ausgebildet und können über eine Feder aus einer Hülse heraus nach unten hin bewegt werden. Ein Kontaktelement der Kontakteinheit kann aus Bronze oder einem Kohlenstoffmaterial bestehen. In einer weiteren Ausführungsform der Kontakteinheit sind Kontaktelemente bolzenförmig und mit gerundetem Kopf bzw. einem Kontakthöcker ausgebildet. Die Leiste der Kontakt-elemente ist rückfedernd ausgebildet und besteht aus Messing. Die Kontaktelemente können mit einer Schwinge von dem Fahrzeug nach unten hin auf Ladekontakte bewegt werden.
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Die
DE 299 915 A betrifft Schleifstücke für Stromabnehmer von Schienenfahrzeugen, wobei eine Schleifleiste aus Graphit zwischen Schenkeln bzw. Profilen aus Metall aufgenommen ist. Insbesondere ist vorgesehen, die Schleifleiste so an einem Fahrdraht anzuordnen, dass in einer Fahrtrichtung das Metall vor dem Graphit an einem Fahrdraht anliegt. So soll ein Funkenflug während eines Betriebs verhindert werden.
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Eine weitere Kontakteinheit bzw. ein Ladesystem für Fahrzeuge zeigt die
DE 10 2013 201 491 A1 , wobei hier mit dem Ladesystem ein Dach eines Busses kontaktiert wird. Kontakteinheiten sind an einem Mast mit einem Ausleger befestigt und werden mittels einer Hebelmechanik auf Ladekontakte auf dem Dach des Busses abgesenkt. Kontaktelemente der Kontakteinheiten sind aus Graphit ausgebildet, damit eine Reibbewegung beim Auftreffen auf die Ladekontakte ausgeführt und eine Oxidationsschicht aufgebrochen werden kann.
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Auch die
US 1 510 383 A offenbart ein Ladesystem für Schienenfahrzeuge, wobei das Ladesystem in einem Untergrund zwischen Schienen verbaut ist. Dabei sind Kontakteinheiten mit einem Kontaktelement aus Stahl ausgebildet, welches die Form eines Kontakthöckers aufweist. In den Kontakthöcker ist wiederum ein Element eingesetzt, welches die eigentliche Kontaktfläche ausbildet, wobei dieses Element aus einem abriebbeständigen Material, wie Stahl oder Bronze bestehen kann.
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Die
JP 2014 - 207 788 A offenbart ein Ladesystem für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, umfassend eine Ladekontaktvorrichtung und eine Kontaktvorrichtung, wobei die Kontaktvorrichtung ein Kontaktelement aufweist, welches mit einem Ladekontakt der Ladekontaktvorrichtung kontaktierbar ist. Das Kontaktelement kann aus Sintermetall, Kohlenstoff oder dergleichen ausgebildet sein.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kontakteinheit sowie ein Ladesystem vorzuschlagen, die bzw. das eine verlässliche Kontaktqualität sicherstellt.
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Diese Aufgabe wird durch eine Kontakteinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Ladesystem mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst.
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Bei der erfindungsgemäßen Kontakteinheit für ein Ladesystem für elektrisch angetriebene Fahrzeuge, insbesondere Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Busse oder dergleichen umfasst das Ladesystem eine Ladekontaktvorrichtung und eine Kontaktvorrichtung mit einem Kontakteinheitenträger, wobei der Kontakteinheitenträger die Kontakteinheit aufweist, wobei mit der Kontakteinheit ein Ladekontakt der Ladekontaktvorrichtung zur Ausbildung einer Kontaktpaarung kontaktierbar ist, wobei die Kontakteinheit ein aus Metall ausgebildetes Kontaktelement aufweist, wobei die Kontakteinheit mit einer Anschlussleitung zur Verbindung mit dem Fahrzeug oder der Ladestation aufweist, wobei das Kontaktelement einen Kontakthöcker aufweist, wobei der Kontakthöcker eine Kontaktfläche zur Kontaktierung des Ladekontaktes ausbildet, wobei das Kontaktelement im Bereich der Kontaktfläche zumindest abschnittsweise aus einem Kontaktstück aus Kohlenstoff ausgebildet ist, wobei die Kontaktvorrichtung zumindest zwei weitere Kontakteinheiten aufweist, wobei die jeweilige Kontaktfläche zur Kontaktierung des Ladekontaktes vollständig aus Metall ausgebildet ist.
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Demnach ist das Kontaktelement mit einem Kontakthöcker ausgebildet, der seinerseits die Kontaktfläche zur Kontaktierung eines Ladekontakts ausbildet. Der Kontakthöcker kann prinzipiell jede beliebige Form ausweisen und dadurch ausgebildet sein, dass das Kontaktelement an seinen äußeren Rändern eine Fase oder Rundung aufweist. Der Punkt bzw. die Fläche des Kontakthöckers, die dem Ladekontakt nächstgelegen bzw. diesem zugewandt ist, ist Teil der Kontaktfläche. Diese Kontaktfläche ist zumindest abschnittsweise aus einem Kontaktstück aus Kohlenstoff ausgebildet. Da das Kontaktelement aus Metall ausgebildet ist, ist das Kontaktstück dann an dem Kontaktelement entsprechend angeordnet bzw. befestigt. Das Kontaktstück kann dann auch vollständig die Kontaktfläche ausbilden. Dadurch, dass die Kontaktfläche zumindest abschnittsweise aus dem Kontaktstück ausgebildet ist, kann die Kontaktfläche in diesen Bereichen aufgrund des Kohlenstoffs, der die Kontaktfläche ausbildet, nicht oxidieren. Da insbesondere bei Kontaktpaarungen zur Übertragung von Signalen keine hohen Ströme übertragen werden müssen, eignet sich Kohlenstoff als ein elektrisch leitender Werkstoff zur Ausbildung der Kontaktfläche. Darüber hinaus ist Kohlenstoff umweltverträglich, robust und weist gute Gleiteigenschaften auf. Dadurch, dass ein Kontaktstück verwendet wird, kann auch ein Abrieb des Kohlenstoffs in Folge einer länger währenden Nutzung nicht zur Störung einer Signalübertragung führen. Weiter kann die Kontakteinheit auch kostengünstig hergestellt werden, da Kontaktstücke aus Kohlenstoff einfach herstellbar und an dem Kontaktelement montierbar sind.
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Erfindungsgemäß weist die Kontaktvorrichtung zumindest zwei weitere Kontakteinheiten auf, wobei die jeweilige Kontaktfläche zur Kontaktierung des Ladekontaktes vollständig aus Metall ausgebildet ist. Das Metall der Kontaktfläche der weiteren Kontaktelemente der weiteren Kontakteinheiten kann beispielsweise Kupfer oder eine Kupferlegierung sein. Die weiteren Kontaktelemente können darüber hinaus mit einer Beschichtung, beispielsweise aus Silber versehen sein. Die zwei weiteren Kontaktelemente können dann Ladekontakte eines Ladestromkreises ausbilden, über die vergleichsweise hohe Spannungen und Stromstärken übertragen werden. Die Verwendung eines Kontaktstücks aus Kohlenstoff ist bei den weiteren Kontaktelementen dann nicht erforderlich.
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Das Kontaktelement kann bolzenförmig und/oder die Kontaktfläche zumindest teilweise gewölbt, vorzugsweise kalottenförmig ausgebildet sein. Der dann bolzenförmige Kontakthöcker kann die Kontaktfläche zur Kontaktierung des Ladekontakts ausbilden, wobei ein distales Ende des Kontaktelements gerundet, gewölbt oder kalottenförmig ausgebildet sein kann. So kann sichergestellt werden, dass das Kontaktelement auch bei einer abweichenden Lage relativ zu dem Ladekontakt stets mit einem punktuellen Kontakt an dem Ladekontakt anliegt. Auch kann das Kontaktelement dann an einem Ladekontakt entlang bewegt werden, ohne dass es zu einer größeren mechanischen Beschädigung des Ladekontakts oder des Kontaktelements kommt. Alternativ kann das Kontaktelement auch mit einer anderen geeigneten Gestalt ausgebildet sein. Wenn das bolzenförmige Kontaktelement in Richtung seiner Längsachse bewegbar bzw. schwenkbar an einen Kontakteinheitenträger angeordnet ist, kann aufgrund einer vollständigen Rundung oder gerundeten Kanten an einem Kontaktende des Kontaktelements gegebenenfalls auch ein großflächiger Kontakt mit einem Ladekontakt ausgebildet werden.
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Das Kontaktstück kann mit der Kontaktfläche bündig ausgebildet sein. Beispielsweise kann das Kontaktstück nach einer Montage einem Kontaktelement durch eine mechanische Bearbeitung, wie Fräsen, Drehen oder Schleifen des Kontaktelements bündig mit der Kontaktfläche ausgebildet werden. Die Kontaktfläche weist dann keinerlei Absätze oder Versprünge auf. Weiter kann das Kontaktelement aus Kupfer bzw. einer Kupferlegierung bestehen und flächig oder unbeschichtet sein. Die Kontaktfläche besteht dann zumindest abschnittsweise aus Kohlenstoff und Kupfer bzw. wird aus diesem Materialien ausgebildet. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, eine Beschichtung des Metalls des Kontaktelements vorzusehen. Beispielsweise kann das Metall des Kontaktelements mit Silber beschichtet sein, was jedoch vergleichsweise kostenaufwendig sowie empfindlich gegenüber mechanischen Einwirkungen ist.
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Das Kontaktstück kann aus Graphit oder Hartkohle bestehen. Industriell hergestellter Graphit oder Hartkohle ist kostengünstig erhältlich, wobei hier auch Beimischungen von Metallen, wie Kupfer oder Silber in dem Graphit oder der Hartkohle enthalten sein können. Graphit oder Hartkohle sind korrosionsbeständig, verschleißfest und robust.
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Das Kontaktstück kann relativ zu einer Längsachse des Kontaktelements koaxial angeordnet sein, wobei das Kontaktstück einen gegenüber einem Ladekontakt nächstgelegenen Punkt der Kontaktfläche ausbilden kann.
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Das Kontaktstück kann demnach bezogen auf eine äußere Kontur der Kontaktfläche, insbesondere wenn die Kontaktfläche auch noch von dem Kontaktelement ausgebildet ist, mittig in der Kontaktfläche positioniert sein. Das Kontaktstück kann dann auch beispielsweise den höchstgelegenen Punkt der Kontaktfläche ausbilden, so dass bei einem Zusammenführen von Kontaktelement und Ladekontakt das Kontaktstück unmittelbar mit dem Ladekontakt in Kontakt gelangt. So kann vorteilhaft eine sichere Kontaktierung ausgebildet werden.
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Eine erste Teilfläche der Kontaktfläche kann von dem Kontaktstück und eine zweite Teilfläche der Kontaktfläche von dem Kontakthöcker ausgebildet sein, wobei die erste Teilfläche kreisrund, rechteckig, quadratisch, sternförmig oder kreuzförmig ausgebildet sein kann. Die erste Teilfläche kann auch relativ quer zu einer Längsachse des Kontaktstücks entsprechend angeordnet sein. Die zweite Teilfläche kann die erste Teilfläche umgeben oder auch von ihr durchbrochen sein. Die erste Teilfläche kann beispielsweise, wenn sie rechteckig ausgebildet ist, in Art eines Streifens ausgebildet sein, der durch die erste Teilfläche hindurch verläuft.
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Das Kontaktstück kann in eine in dem Kontakthöcker ausgebildete Ausnehmung eingesetzt sein. Die Ausnehmung kann beispielsweise eine Bohrung oder eine quer zur Längsachse des Kontaktelements verlaufende Nut sein. Das Kontaktstück füllt dann im Wesentlichen die Ausnehmung vollständig aus. Prinzipiell ist es auch möglich, das Kontaktstück in der Ausnehmung form- oder kraftschlüssig zu befestigen. Eine einfache formschlüssige Befestigung kann mittels einer Stiftverbindung erfolgen.
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Das Kontaktstück kann in der Ausnehmung mittels eines elektrisch leitenden Klebermaterials oder eines Lots befestigt sein. Das Kontaktstück kann dann in der Ausnehmung eingelötet oder verklebt sein. So ist auf jeden Fall immer eine elektrisch gut leitende Verbindung zwischen dem Kontaktstück und dem Metall des Kontaktelements ausgebildet.
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Das Kontaktstück kann alternativ in der Ausnehmung mittels Sintern ausgebildet sein. In diesem Fall kann das Kontaktstück direkt in der Ausnehmung ausgebildet und somit darin innig verankert werden. Die Ausbildung des Kontaktstücks durch Sintern kann in einem Stück Rohmaterial des Kontaktelements erfolgen, wobei nachfolgend eine mechanische Bearbeitung dieses so ausgebildeten Halbzeugs durchgeführt werden kann.
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Eine Feder der Kontakteinheit kann eine Federkraft auf das Kontaktelement bewirken, derart, dass das Kontaktelement in Richtung zu einem Ladekontakt gedrückt werden kann. Eine federnde Lagerung des Kontaktelements kann durch eine Druckfeder, insbesondere Spiralfeder, an dem Kontaktelement bzw. im Bereich eines Drehlagers oder einer Führung der Kontakteinheit ausgeführt werden. Infolgedessen kann so ein punktueller Kontakt mit einem Ladekontakt und einer Federvorspannung ausgebildet werden. Eine Federkraft kann so gewählt werden, dass das Kontaktelement stets in Richtung zu dem Ladekontakt gedrückt und in eine vordere Endlage bewegt wird, wenn das Kontaktelement nicht mit einem Ladekontakt kontaktiert ist. Die Feder kann auch eine gewundene Torsionsfeder sein, die an einer Achse eines Drehlagers des Kontaktelements gehaltert sein kann. So kann beispielsweise das Kontaktelement an einem Drehlager mittels einer Federkraft in eine Endlage verschwenkt werden.
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Die Kontakteinheit kann so ausgebildet sein, dass über das Kontaktelement ein Signal übertragbar ist, wobei über die weiteren Kontakteinheiten jeweils ein Strom von 100 A bis 1000 A, vorzugsweise von 500 A bis 1000 A, besonders bevorzugt von 800 A bei einer Spannung von 60 V bis 1500 V, vorzugsweise von 750 V übertragbar sein kann Folglich ist eine Leistung von 375 kW bis 750 kW, vorzugsweise von 600 kW über die weiteren Kontakteinheiten übertragbar. Auch kann eine schnellere Ladung eines Fahrzeugs erfolgen, da höhere Ströme in kürzerer Zeit übertragen werden können. Gegebenenfalls kann auch an dem Kontakteinheitenträger eine Anzahl der Kontakteinheiten vermindert werden, wodurch eine Kontaktvorrichtung kostengünstiger herstellbar wird.
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Die Anschlussleitung kann unmittelbar oder mittelbar an dem Kontaktelement befestigt sein. Bei einer unmittelbaren Anordnung muss dann nicht mehr, wie bei aus dem Stand der Technik bekannten Kontaktelementen mit einer Kontaktelementführung, ein Spalt zwischen der Kontaktelementführung und dem Kontaktelement zur Übertragung von Strömen genutzt werden. Auch kann dann die Anschlussleitung zusammen mit dem Kontaktelement bewegt werden. Weiter sind gleitende Fette oder andere Bauteile zur Begünstigung einer Stromübertragung im Bereich einer Kontaktelementführung bzw. eines Drehlagers nicht mehr erforderlich. Ein Übergangswiderstand zwischen den Anschlussleitung und dem Kontaktelement kann so wesentlich verringert werden. Die Anschlussleitung kann einen Leiterquerschnitt von zumindest 50 mm2, vorzugsweise 95 mm2 aufweisen. So wird es möglich, mit der Kontakteinheit besonders hohe Ströme zu übertragen.
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Zumindest zwei Kontaktelemente können relativ zu einer der Ladekontaktvorrichtung zugewandten Oberfläche des Kontakteinheitenträgers in unterschiedlichen Höhen hervorstehen. So ist es dann möglich, bei der Ausbildung von zumindest zwei Kontaktpaarungen zwischen jeweils einem Kontaktelement und einem Ladekontakt eine definierte Reihenfolge bei der Herstellung der Kontaktpaarung sicherzustellen. Bei einem Zusammenführen von Kontakteinheitenträger und Ladekontaktvorrichtung wird dann eine Kontaktreihenfolge zwangsläufig immer eingehalten und aufgrund der geometrischen Anordnung der Kontaktelement relativ zu der Oberseite bzw. der Oberfläche des Kontakteinheitenträgers sichergestellt. Eine unbeabsichtigte oder fehlerhafte Kontaktierung bzw. Ausbildung von Kontaktpaarungen kann so leicht verhindert werden.
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Die Ladekontakte können aus Leiterplatten aus Metall und/oder Graphit ausgebildet sein. Die Leiterplatten können wiederum an einem aus einem dielektrischen Material ausgebildeten Ladekontaktträger der Ladekontaktvorrichtung angeordnet sein. Die Leiterplatten können aus Kupfer, einer Kupferlegierung oder auch Edelstahl bestehen, und an oder in dem dielektrischen Material voneinander beabstandet angeordnet bzw. eingelassen sein. Eine Oberfläche einer Unterseite der Leiterplatten kann im Wesentlichen eben und relativ zu den Kontaktelementen vergleichsweise groß ausgebildet sein, so dass etwaige Ungenauigkeiten bei einer Positionierung eines Fahrzeugs relativ zu der Kontaktvorrichtung ausgeglichen werden können und es gleichzeitig nicht zu einer Fehlkontaktierung kommt. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass das Ladesystem einen richtungsunabhängigen Ladevorgang des Fahrzeugs ermöglicht, d.h. unabhängig davon, von welcher Seite das Fahrzeug mit der Kontaktvorrichtung kontaktiert und an diese herangefahren wird. Wenn die Kontaktvorrichtung im Wesentlichen rechteckförmig ausgebildet ist, kann dann die Ladekontaktvorrichtung bzw. der Ladekontaktträger ebenfalls rechteckförmig ausgebildet sein, so dass dann die Kontaktvorrichtung und die Ladekontaktvorrichtung mit ihren jeweiligen Längsachsen in Richtung der Längserstreckung des Fahrzeugs bei einem Ladevorgang angeordnet sind.
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Das erfindungsgemäße Ladesystem umfasst eine Ladekontaktvorrichtung und eine Kontaktvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Kontakteinheit, wobei die Kontaktvorrichtung oder die Ladekontaktvorrichtung eine Positioniereinrichtung umfasst.
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Das Ladesystem kann die an einem Fahrzeugdach eines Fahrzeugs anordbare Kontaktvorrichtung mit dem Kontakteinheitenträger und die Ladekontaktvorrichtung umfassen, wobei die Positioniereinrichtung einen Pantografen oder eine Schwinge aufweisen kann, mittels dem bzw. der der Kontakteinheitenträger in zumindest vertikaler Richtung relativ zu der Ladekontakteinheit positionierbar sein kann, derart, dass eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Fahrzeug und einer stationären Ladestation ausbildbar ist. Bei einer Schwinge kann ein ergänzendes Koppelgetriebe vorgesehen, welches den Kontakteinheitenträger relativ zu einer Ladekontaktvorrichtung stabilisiert bzw. in der betreffenden Richtung ausrichtet. Ein Pantograf oder eine Schwinge bzw. ein entsprechender mechanischer Antrieb ist besonders einfach und kostengünstig herstellbar. Ergänzend kann die Positioniereinrichtung auch eine Querführung aufweisen, mittels der der Kontakteinheitenträger quer relativ zur Ladekontaktvorrichtung bzw. zu einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs positioniert werden kann. Die Querführung kann an einem Fahrzeug oder einem Pantografen oder einer Schwinge der Positioniereinrichtung angeordnet sein. In beiden Fällen ist dann die Positioniereinrichtung bzw. ein an der Positioniereinrichtung angeordneter Kontakteinheitenträger quer zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs verschiebbar. Durch diese Verschiebbarkeit kann beispielsweise eine fehlerhaft Positionierung des Fahrzeugs an einer Haltestelle quer zur Fahrtrichtung ausgeglichen werden. Darüber hinaus können eventuelle Fahrzeugbewegungen in Folge eines einseitigen Absenkens des Fahrzeugs zum einen - und Aussteigen von Personen so ausgeglichen werden, dass es zu keiner Verschiebung des Kontakteinheitenträgers relativ zur Ladekontaktvorrichtung in Querrichtung kommen kann. Die Kontaktvorrichtung kann beispielsweise auf einem Fahrzeugdach angeordnet sein, so dass der Kontakteinheitenträger von dem Fahrzeugdach ausgehend mittels der Positioniereinrichtung zu der Ladekontaktvorrichtung und zurück bewegt werden kann. Alternativ kann die Kontaktvorrichtung an der Ladestation angeordnet sein, wobei der Kontakteinheitenträger dann von einem Träger, wie beispielsweise einem Mast oder einer Brücke, an einer Haltestelle in Richtung auf ein Fahrzeugdach mit einer Ladekontaktvorrichtung und zurück bewegt werden kann.
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Alternativ kann das Ladesystem die an einem Fahrzeugboden eines Fahrzeugs anordbare Ladekontaktvorrichtung und die Kontaktvorrichtung mit dem Kontakteinheitenträger umfassen, wobei mittels der Positioniereinrichtung die Kontakteinheiten relativ zu den Ladekontakten positionierbar sind, derart, dass eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Fahrzeug und einer stationären Ladestation ausbildbar ist. Die Positioniereinrichtung kann dann auch von einer Niveauregulierung des Fahrzeugs ausgebildet sein, mittels der die Ladekontaktvorrichtung in zumindest vertikaler Richtung positionierbar ist. Eine Niveauregulierung eines Fahrzeugs ist hinreichend bekannt und dient zur Einstellung eines Fahrzeuges bzw. eine Fahrzeugbodens über einem Untergrund durch Absenken und Abheben. Eine Niveauregulierung kann beispielsweise über ein pneumatisch gefedertes Fahrwerk eines Fahrzeugs realisiert werden. Mittels der Niveauregulierung ist es dann auch möglich, das Fahrzeug samt der Ladekontaktvorrichtung auf die Kontaktvorrichtung für einen Ladevorgang abzusenken. Die Kontaktvorrichtung kann auch auf einem mit dem Fahrzeug befahrbaren Untergrund unterhalb des Fahrzeugs anordbar sein, wodurch es nicht mehr erforderlich ist, bauliche Maßnahmen an dem Untergrund, wie beispielsweise das Ausheben einer Grube, vorzunehmen. Die Kontaktvorrichtung kann dann flexibel auf jedem beliebigen befahrbaren Untergrund einfach angeordnet werden. Insbesondere kann durch eine einfache Montage und Demontage der Kontaktvorrichtung auf dem Untergrund bzw. dessen Oberfläche die Kontaktvorrichtung temporär ohne großen Aufwand am Haltepunkt nach Bedarf angeordnet bzw. aufgestellt werden. Der Kontakteinheitenträger kann in einem Basisrahmen der Kontaktvorrichtung befestigt bzw. in diesen eingesetzt sein. Die Kontaktvorrichtung kann daher auch vorteilhaft mit dem Fahrzeug befahrbar und/oder überfahrbar ausgebildet sein. Die Kontaktvorrichtung kann quadratisch oder rechteckig ausgebildet sein, so dass sie zwischen Reifenpaare eines Fahrzeugs passt. Gleichzeitig können Teile der Kontaktvorrichtung oder alternativ die gesamte Kontaktvorrichtung überfahrbar ausgebildet sein, derart, dass das Fahrzeug bei einem Ladevorgang mit seinen Rädern auf der Kontaktvorrichtung steht. Auch kann die Kontaktvorrichtung in ihren Abmaßen an Fahrzeugmaße angepasst sein, beispielsweise entsprechend der Größe einer Parkbucht.
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Alternativ kann das Ladesystem die Kontaktvorrichtung mit dem Kontakteinheitenträger und die an einem Fahrzeugdach eines Fahrzeugs anordbare Ladekontaktvorrichtung umfassen, wobei dann die Positioniereinrichtung einen Pantografen oder eine Schwinge aufweisen kann, mittels dem bzw. der die Ladekontaktvorrichtung in zumindest vertikaler Richtung relativ zu dem Kontakteinheitenträger positionierbar sein kann, derart, dass eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Fahrzeug und einer stationären Ladestation ausbildbar ist.
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Alternativ kann das Ladesystem die Kontaktvorrichtung mit dem Kontakteinheitenträger und die an einem Fahrzeugboden eines Fahrzeugs anordbare Ladekontaktvorrichtung umfassen, wobei dann mittels der Positioniereinrichtung die Ladekontakte relativ zu den Kontakteinheiten positionierbar sind, derart, dass eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Fahrzeug und einer stationären Ladestation ausbildbar ist.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen eines Ladesystems ergeben sich aus den auf den Anspruch 1 rückbezogenen Unteransprüchen.
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Die Erfindung ist prinzipiell für jede Art von Elektrofahrzeug nutzbar, welches mit beispielsweise Batterien, Akkumulatoren, Kondensatoren oder Powercaps betrieben wird, die nachgeladen werden müssen.
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Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine Seitenansicht eines Ladesystems;
- 2 eine Detailansicht eines Kontaktelements des Ladesystems;
- 3 eine Draufsicht des Kontaktelements aus 2;
- 4 eine Draufsicht eines Kontaktelements in einer zweiten Ausführungsform;
- 5 eine Draufsicht eines Kontaktelements in einer dritten Ausführungsform;
- 6 eine Draufsicht eines Kontaktelements in einer vierten Ausführungsform.
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Eine Zusammenschau der 1 bis 3 zeigt ein Ladesystem 10 mit einer Kontakteinheitenanordnung 11. Das Ladesystem 10 umfasst eine Ladekontaktvorrichtung 12, die an einem Fahrzeugboden eines hier nicht dargestellten Fahrzeugs anordbar ist und hier nicht näher dargestellte Ladekontakte, die aus Leiterplatten ausgebildet sind, aufweist. Weiter umfasst das Ladesystem 10 eine Kontaktvorrichtung 13, die auf einem mit einem Fahrzeug befahrbaren Untergrund 14 angeordnet ist. Die Kontaktvorrichtung 13 umfasst ihrerseits einen hier wannenförmig ausgebildeten Kontakteinheitenträger 15 sowie eine Anzahl Kontakteinheiten 16 und 17 der Kontakteinheitenanordnung 11. Mittels einer hier nicht näher dargestellten Positioniereinrichtung des Ladesystems 10 ist die Ladekontaktvorrichtung 12 auf die Kontaktvorrichtung 13 absenkbar, so dass Kontaktpaarungen zwischen Leiterstreifen der Ladekontaktvorrichtung 12 und den jeweils zugeordneten Kontakteinheiten 16 und 17 ausgebildet werden können.
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Die Kontakteinheit 16 dient zur Übertragung von Signalen zwischen der Ladekontaktvorrichtung 12 und der Kontaktvorrichtung 13, wobei die Kontakteinheit 17 zur Übertragung eines Ladestroms dient. Die Kontaktvorrichtung 13 verfügt daher über eine Mehrzahl von Kontakteinheiten 17, die hier nicht näher dargestellt sind. Die Kontakteinheit 17 weist ein Kontaktelement 18 auf, welches im Wesentlichen aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht. Die Kontakteinheiten 16 und 17 bzw. die zugehörigen Kontaktelemente 18 bzw. 19 sind federnd bzw. bewegbar an der Kontaktvorrichtung 13 gelagert. Die Kontakteinheit 16 weist ein Kontaktelement 19 auf, welches in den 2 und 3 näher dargestellt ist.
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Das Kontaktelement 19 ist aus Metall ausgebildet, und eine Anschlussleitung 20 ist direkt an dem Kontaktelement 19 befestigt. Das Kontaktelement 19 ist bolzenförmig ausgebildet und weist einen Kontakthöcker 21 auf. Der Kontakthöcker 21 bildet eine Kontaktfläche 22 zur Kontaktierung von hier nicht dargestellten Ladekontakten bzw. Leiterstreifen der Ladekontaktvorrichtung 12 aus. Das Kontaktelement 19 ist im Bereich der Kontaktfläche 22 zumindest abschnittsweise aus einem Kontaktstück 23 aus Kohlenstoff bzw. Graphit ausgebildet. Die Kontaktfläche 22 ist kalottenförmig ausgebildet und das Kontaktstück 23 ist bündig mit der Kontaktfläche 22 in einer Ausnehmung 24 in dem Kontakthöcker 21 eingesetzt. Die Ausnehmung 24 ist hier als eine Nut 25 ausgebildet, in die das Kontaktstück 23 mittels eines elektrisch leitenden Klebermaterials eingeklebt ist. Die Nut 25 ist so in dem Kontakthöcker 21 ausgebildet, dass das Kontaktstück 23 relativ zu einer Längsachse 26 des bolzenförmigen Kontaktelements 19 koaxial bzw. symmetrisch angeordnet ist. Ein zentraler, höchstgelegener Punkt 27 der Kontaktfläche 22 wird demnach von dem Kontaktstück 23 ausgebildet. Bei einer Annäherung des Kontaktelements 19 an einen Ladekontakt der Ladekontaktvorrichtung 12 wird daher ein elektrischer Kontakt zunächst über den Punkt 27 hergestellt.
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Die 4 zeigt eine Ausführungsform eines Kontaktelements 28, welches im Unterschied zum Kontaktelement aus 3 ein Kontaktstück 29 aufweist, das eine kreisrunde Kontur 30 in einer Kontaktfläche 31 des Kontaktelements 28 ausbildet.
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Die 5 zeigt ein Kontaktelement 32 mit einem Kontaktstück 33, welches eine im Wesentlichen kreuzförmige Kontur 34 in einer Kontaktfläche 35 des Kontaktelements 32 ausbildet.
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Die 6 zeigt ein Kontaktelement 36, mit einem Kontaktstück 37, welches im Wesentlichen eine quadratische Kontur 38 in einer Kontaktfläche 39 des Kontaktelements 36 ausbildet.
