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Die Erfindung betrifft eine Kopplungsvorrichtung zur Verbindung von Hochvolt-Anschlüssen. Die Hochvolt-Anschlüsse sind insbesondere an einer Batterie oder an einem Kraftfahrzeug angeordnet. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug. Das Kraftfahrzeug weist insbesondere mindestens einen Traktionsantrieb auf, der über die Batterie mit elektrischer Energie versorgt wird.
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Kraftfahrzeuge mit einem elektrischem Antriebsstrang, also mit einem (elektrischen) Traktionsantrieb, weisen ein Batteriesystem als elektrischen Energiespeicher auf. Es ist bekannt, die Batterie über einen Hochvolt-Anschluss an das Hochvolt-Netz im Kraftfahrzeug anzuschließen. Soll die Batterie im Rahmen eines Wechselkonzepts z. B. vollautomatisiert ausgetauscht werden, ist eine einfache mechanische Anbindung der Batterie sowie eine automatisiert herstellbare elektrisch leitende Verbindung der Hochvolt-Anschlüsse von Kraftfahrzeug und Batterie erforderlich. Gerade während des Handlings der Batterie sind die Hochvolt-Anschlüsse insbesondere der Batterie vor Verschmutzung zu schützen. Bei Systemen und Bauteilen, die in Kraftfahrzeugen oberhalb 25 Volt oder sogar oberhalb 30 Volt Wechselspannung (AC) bzw. mindestens 60 Volt Gleichspannung (DC) betrieben werden, spricht man von Hochvolt-Systemen - folglich werden elektrische Anschlüsse für solche Anwendungen als Hochvolt-Anschlüsse bezeichnet.
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Ziel bei einer Hochvolt-Batteriegehäuseentwicklung ist es, das Volumen für die Batteriezellen so groß wie möglich und das Gehäuse so klein wie möglich zu konstruieren, wobei sämtliche mechanischen Lastfälle ohne Brand und ohne Kurzschluss ertragen werden müssen. Um die maximale Leistungs- und Energiedichte zu erreichen, müssen Strukturbauteile platzsparend und möglichst ohne Redundanzen ausgelegt werden. Gleichzeitig muss neben dem Bauraum für die Zellen ausreichend Bauraum innerhalb des Gehäuses für die elektrischen Leitungen und Steuergeräte vorgehalten werden.
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Im Zuge zukünftiger Mobilitätskonzepte gewinnt ein schneller, automatisierter Wechsel von Batteriemodulen und/oder Batterieeinheiten immer mehr an Bedeutung. Hier werden die Grenzen der vorhandenen - meist händischen - Möglichkeiten erreicht bzw. überschritten.
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Gegenwärtig werden für Hochvolt-Batteriesysteme meist (sehr) große Batteriegehäuse eingesetzt. Der Austausch dieser Batteriesysteme und/oder Teile davon ist im Allgemeinen nicht vorgesehen bzw. findet nur bei Reparaturen statt. Die lasttragenden Batteriemodule bzw. SBUs (Smart Batterie Units) bieten die Möglichkeit eines planmäßigen Austauschs - beispielsweise zur Reichweitenanpassung. Allen Systemen gemein ist jedoch, dass der Wechsel zumindest teilweise händisch und mit hohem zeitlichen Aufwand stattfinden muss.
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Große Batteriegehäuse sind insbesondere schwer und unhandlich. Eine Einzelentnahme von Batteriemodulen z. B. zu Zwecken des Kundendienstes oder für kundenseitige Reichweitenanpassungen ist damit nicht möglich; es muss stets mit hohem Aufwand das gesamte Batteriegehäuse demontiert und wieder montiert werden. Gleichzeitig ist eine aufwändigere und damit teurere Logistik und Produktion erforderlich.
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Wie bereits dargestellt, ist der Wechsel bei den derzeitigen Systemen nur mit personellem Zusatzaufwand, d. h. zu signifikant hohen Kosten, möglich und/oder die erforderlichen Hardwarekomponenten sind komplex und bauraumintensiv, da sie keine konsequente Funktionsintegration verfolgen, und/oder für (sehr) große, nicht-gegliederte Batteriesysteme ausgelegt sind. Dadurch entstehen zusätzlich hohe Betriebs- und Wartungskosten sowie eine verlängerte Austauschdauer, die für einen Einsatz in Mobilitätskonzepten untauglich ist.
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Ohne lasttragende Funktion der Batteriemodule kann ein, insbesondere vollautomatischer, Wechsel zu einem Sicherheitsrisiko werden, falls eine Fehlfunktion (z. B. Abrutschen und Herunterfallen, Anstoßen) in der Wechselstation auftritt. Darüber hinaus ist es im Havariefall (z. B. Unfall) den Rettungskräften nicht möglich, das Batteriesystem bzw. Batteriemodule schnell aus dem Fahrzeug zu lösen und vom Fahrzeug zu entfernen.
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Es sind bislang keine Lösungen bekannt, die auf ein (sehr) großes Batteriegehäuse verzichten und einzelne insbesondere lasttragende Batteriemodule im Fahrzeug einsetzen sowie eine vollautomatische Wechselbarkeit dieser Batteriemodule ermöglichen.
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Die
DE 10 2012 205 414 B3 ist auf ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug gerichtet. Das Fahrzeug weist eine Einrichtung zum Lösen und Fixieren einer Traktionsbatterie auf.
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Aus der
DE 10 2009 019 185 A1 ist eine Wechseleinrichtung für wiederaufladbare Batterien in einer Batteriewechselstation für Kraftfahrzeuge bekannt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die mit Bezug auf den Stand der Technik angeführten Probleme zumindest teilweise zu lösen. Insbesondere soll eine Kopplungsvorrichtung zur Verbindung von Hochvolt-Anschlüssen, z. B. der Anschlüsse einer Batterie und eines Kraftfahrzeuges, vorgeschlagen werden, wobei die Kopplungsvorrichtung insbesondere auch ein vollautomatisches Wechseln der Batterie ermöglichen soll.
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Zur Lösung dieser Aufgaben trägt eine Kopplungsvorrichtung mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 bei. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und/oder Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
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Es wird eine Kopplungsvorrichtung zur Verbindung von Hochvolt-Anschlüssen vorgeschlagen. Die Kopplungsvorrichtung umfasst zumindest ein erstes Teil, das einen ersten Anschluss und einen Druckstift aufweist, sowie ein relativ zum ersten Teil bewegbares zweites Teil, dass einen mit dem ersten Anschluss verbindbaren zweiten Anschluss und eine Aufnahme für den Druckstift aufweist. In einem ersten Zustand, (also) bei getrennter Anordnung der Teile, ist zumindest der zweite Anschluss von einem Deckelelement gegenüber einer Umgebung abgedeckt bzw. abdeckbar. Zur Verbindung der Anschlüsse kann der Druckstift das Deckelelement betätigen und dabei (selber) in die Aufnahme eintauchen. Dabei kann das Deckelelement den zweiten Anschluss freigeben.
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Die Kopplungsvorrichtung ist insbesondere ein System zum Schutz der Hochvolt-Anschlüsse gegen Umwelteinflüsse bei Batteriewechselsystemen. Die Kopplungsvorrichtung wird am Beispiel von (automatischen) Batteriewechselsystemen erläutert bzw. beschrieben. Dabei kann sie aber auch grundsätzlich überall dort eingesetzt werden, wo ausgewählte Bereiche verschlossen werden sollen/müssen und der Verschluss (voll-)automatisch geöffnet und geschlossen werden soll.
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Die Kopplungsvorrichtung dient insbesondere zum Schutz des zweiten Hochvolt-Anschlusses gegen Umwelteinflüsse bei Batteriewechselsystemen. Insbesondere wird so, gerade beim vollautomatischem Batteriewechsel, eine Dichtigkeit des Batteriesystems, welches insbesondere an einer Unterseite eines Kraftfahrzeugs angeordnet und damit allen Umgebungseinflüssen ausgesetzt ist, sichergestellt. Wechselbare Batterien und/oder Batteriemodule stellen insbesondere in sich abgeschlossene und dichte Einzelkomponenten dar und werden abgedichtet untereinander und mit einem Batterie Management System verbunden. Die einzige für Verschmutzung „offene“ Stelle des Batteriesystems ist demnach insbesondere der Hochvoltanschluss zum Kraftfahrzeug bzw. der fahrzeugseitige Hochvolt-Anschluss oder der Hochvolt-Anschluss zur Batterie. Sowohl der fahrzeugseitige, als auch der batterieseitige Hochvolt-Anschluss können als zweiter Anschluss abgedichtet ausgeführt werden, so dass auch im nicht verbundenen Zustand der Hochvoltanschlüsse ein dichtes System zumindest für das zweite Teil vorliegt.
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In einem ungesteckten bzw. entkoppelten Zustand der Hochvolt-Anschlüsse können insbesondere die beteiligten Steckungspartner (Stecker und Buchse; hier erstes Teil und zweites Teil bzw. erster Anschluss und zweiter Anschluss) von Umwelteinflüssen erreicht werden. In festverbauten Batteriesystemen erfolgt die Steckung manuell während der Montage und Demontage, z. B. bei der Produktion oder bei Reparaturen. Dies findet im Regelfall nur sehr selten statt und unter Bedingungen, bei denen die Umwelteinflüsse bzw. deren Auswirkungen kontrolliert bzw. überwacht werden können und den Folgen begegnet werden kann. Bei einem regelmäßigen vollautomatischen Batteriewechsel finden einerseits naturgemäß deutlich mehr Wechsel statt und andererseits sollen diese Wechsel möglichst schnell und mit möglichst wenigen Prozessschritten erfolgen. Dies führt dazu, dass die Umwelteinflüsse während des Wechsels stärkere Bedeutung erhalten.
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Bei einem entsprechenden Wechsel kann auftreten, dass sich Schmutz, Wasser, Schnee, usw. vom Kraftfahrzeug löst und mit dem sich gerade im An-/Abtransport befindlichen Batteriesystem in Kontakt kommt. Sollte dies im Bereich des Hochvolt-Anschlusses geschehen, so kann sich daraus ein Sicherheitsrisiko ergeben, beispielsweise wenn durch Wasser eine Verbindung zwischen den beiden Polen des Hochvolt-Anschlusses hergestellt wird, was zu einem Kurzschluss führen würde.
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Vorliegend wird daher eine Kopplungsvorrichtung vorgestellt, die insbesondere den batterieseitigen und/ oder fahrzeugseitigen Hochvolt-Anschluss vor Umwelteinflüssen schützt.
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Der (erste und zweite) Anschluss umfasst insbesondere mehrere elektrische Kontakte, die mit elektrischen Kontakten eines weiteren (zweiten oder ersten) Anschlusses verbindbar sind. Der Anschluss, bzw. dessen Kontakte, kann von einer Umgebung durch das Deckelelement getrennt und damit vor Verschmutzungen geschützt werden.
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In einem ersten Zustand sind die Teile der Kopplungsvorrichtung insbesondere beabstandet voneinander angeordnet, so dass die Teile einander nicht kontaktieren. Z. B. ist das erste Teil an einem Kraftfahrzeug und das zweite Teil an einer Batterie angeordnet, wobei die Batterie (noch) nicht an dem Kraftfahrzeug angeordnet ist.
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In dem ersten Zustand ist zumindest der zweite Anschluss, ggf. auch die Aufnahme, von dem Deckelelement gegenüber der Umgebung abgedeckt, so dass eine Verschmutzung dieser Komponenten aus der Umgebung, z. B. durch Staubpartikel oder Feuchtigkeit, zumindest teilweise verhindert wird.
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Sollen die Teile miteinander verbunden werden, so werden sie aufeinander zu bewegt. Dabei kontaktiert, insbesondere als erstes, der Druckstift das Deckelelement. Bei weiterer Annährung der Teile, wird das Deckelelement durch den Druckstift betätigt und aus einer im ersten Zustand vorliegenden Ausgangsstellung sukzessive verlagert bzw. verschoben. Insbesondere taucht dabei der Druckstift in die Aufnahme ein.
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Insbesondere wird der Druckstift durch die Aufnahme geführt, so dass eine Ausrichtung der Teile zueinander erfolgt. Diese Ausrichtung ermöglicht bzw. erleichtert die Verbindung der Anschlüsse.
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Die Aufnahme bildet insbesondere eine Hülse, in die der Druckstift eingeführt werden kann. Die Form der Hülse ist insbesondere an die Form des Druckstiftes angepasst, so dass über die Aufnahme die Ausrichtung des Druckstiftes und damit des ersten Teils gegenüber dem zweiten Teil erfolgen kann.
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Insbesondere ist in dem ersten Zustand (auch) die Aufnahme von dem Deckelelement abgedeckt.
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Insbesondere ist das Deckelelement durch den Druckstift zumindest teilweise in die Aufnahme hinein verschiebbar ist.
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Insbesondere sind die Teile ausgehend von dem ersten Zustand und hin zu einem zweiten Zustand, in dem die Teile zumindest über die Anschlüsse miteinander verbunden sind, entlang einer ersten Richtung aufeinander zu bewegbar, wobei das Deckelement durch den Druckstift zumindest entlang einer quer zur ersten Richtung verlaufenden zweiten Richtung verschiebbar ist.
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Bevorzugt wird ein zweiter Abschnitt des Deckelelements zusammen mit dem Druckstift in die Aufnahme hinein verschoben. Dabei wird dieser zweite Abschnitt entlang der ersten Richtung in die Aufnahme hinein verlagert.
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Insbesondere wird (zusätzlich) ein erster Abschnitt des Deckelelements entlang der zweiten Richtung hin zur Aufnahme verschoben.
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Insbesondere wird mit weiterer Annährung der Teile zueinander der Anteil des zweiten Abschnitts am Deckelelement größer und der Anteil des ersten Abschnitts am Deckelelement kleiner, da ein immer größerer Anteil des Deckelelements in die Aufnahme hinein verlagert wird.
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Insbesondere erstreckt sich das Deckelelement in dem ersten Zustand ausgehend von einem ersten Ende über den zweiten Anschluss und die Aufnahme bis hin zum einem zweiten Ende. Das erste Ende ist insbesondere beweglich gegenüber dem zweiten Teil angeordnet. Das zweite Ende ist insbesondere ortsfest an dem zweiten Teil angeordnet.
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Der erste Abschnitt erstreckt sich ausgehend von dem ersten Ende hin zum zweiten Ende.
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Alternativ wird das Deckelelement so betätigt, z. B. über das zweite Ende, dass das zweite Ende von dem Druckstift in die Aufnahme hinein verlagert wird.
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Wenn der Druckstift in die Aufnahme hinein verschoben wird, kontaktiert er das sich über die Aufnahme erstreckende Deckelelement und verformt dieses oder kontaktiert das Deckelelement z. B. im Bereich des zweiten Endes. In beiden Fällen wird das Deckelelement zumindest teilweise in die Aufnahme hinein verschoben, so dass das erste Ende hin zur Aufnahme verlagert wird.
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Insbesondere ist das Deckelelement so ausgeführt, dass es im Rahmen der Betätigung durch den Druckstift ausschließlich elastisch verformbar ist. Eine ausschließlich elastische Verformung des Deckelelements ermöglicht eine mehrmalige Betätigung des Deckelelements, insbesondere eine trotz mehrmaliger Betätigung dauerfeste Ausführung des Deckelelements.
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Insbesondere umfasst die Kopplungsvorrichtung einen Rückstellmechanismus, durch den das Deckelelement in eine zumindest den zweiten Anschluss abdeckende und im ersten Zustand vorliegende Ausgangsstellung zurückbewegbar ist. Der Rückstellmechanismus greift insbesondere an dem ersten Ende des Deckelelements an. Insbesondere umfasst der Rückstellmechanismus eine Energiespeichereinrichtung, z. B. eine Feder, die bei Betätigung des Deckelements gedehnt wird und bei Beendigung der Betätigung des Deckelelements durch den Druckstift das Deckelelement in eine Ausgangsstellung zurückverlagert wird.
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Insbesondere ist der Druckstift, z. B. im Hinblick auf eine hohe Wechselzyklenzahl einer Batterie, aus (gehärtetem) Metall hergestellt.
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Insbesondere ist das Deckelelement einteilig ausgeführt.
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Insbesondere ist das Deckelelement mehrteilig ausgeführt und weist eine Mehrzahl von Segmenten auf. Die Segmente sind insbesondere als Lamellen ausgeführt, die einander zumindest teilweise überlappen.
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Eine Abdeckung bzw. Abdichtung zumindest des zweiten Anschlusses gegenüber der Umgebung kann insbesondere über Segmente mit z. B. Gummilippen erfolgen, oder die Lamellen werden zumindest teilweise aus einem elastischen Material (z. B. Gummi) hergestellt.
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Insbesondere ist das Deckelelement zumindest teilweise oder vollständig aus einem elastisch verformbaren Werkstoff (z. B. Gummi) oder aus einem metallischen Werkstoff hergestellt.
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Eine Materialstärke des Deckelelements und dessen Schließkraft können individuell aufeinander abgestimmt werden.
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Bei der Ausführung aus einem metallischen Werkstoff ist es insbesondere erforderlich bzw. vorteilhaft, dass die im Rahmen der Betätigung erfolgenden Verformungen im elastischen Bereich des Werkstoffes verbleiben.
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Insbesondere ist zumindest der zweite Anschluss in einem Aufnahmekanal angeordnet, der durch das Deckelelement in dem ersten Zustand verschließbar ist, wobei der Aufnahmekanal mindestens eine Führung aufweist, wobei das Deckelelement zwischen dem ersten Zustand und einem zweiten Zustand, in dem die Teile zumindest über die Anschlüsse miteinander verbunden sind, über die mindestens eine Führung geführt ist. Die Führung kann z. B. auf beiden Seiten des Aufnahmekanals angeordnet sein, z. B. nach Art von Schienen, in denen das Deckelelement geführt wird. Die Führungen können sich insbesondere zumindest teilweise in die Aufnahme hinein erstrecken.
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In dem ersten Zustand ist der Aufnahmekanal insbesondere gegenüber der Umgebung durch das Deckelelement abgedichtet.
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Die mindestens eine Führung und/ oder die mit der Führung zusammenwirkenden Ränder des Deckelelements sind insbesondere mit einer zusätzlichen Abdichtung ausgeführt.
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Insbesondere sind der Druckstift und der Weg des Deckelelements, den dieses bei der Betätigung zurücklegt, in ihren Abmessungen derart aufeinander abgestimmt, dass die Verlagerung des Deckelelements erst unmittelbar vor dem Verbinden der Anschlüsse und/ oder die Verlagerung (bis zum Erreichen der Ausgangsstellung) nur bis unmittelbar nach dem Trennen der Anschlüsse erfolgt. Damit kann insbesondere sichergestellt werden, dass eine Zeitspanne mit gegenüber der Umgebung freiliegenden Anschlüssen (zumindest am zweiten Teil) minimal bleibt.
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Der Rückstellmechanismus kommt insbesondere ohne fremde Energie aus (z. B. ein Energiespeicherelement, beispielsweise eine Feder), so dass eine Ausfallsicherheit gewährleistet werden kann.
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Der Druckstift wirkt insbesondere als Aktuator für die Kopplungsvorrichtung und ermöglicht zudem gleichzeitig eine (Fein-)Positionierung des zweiten Teils (z. B. einer Batterie) gegenüber dem ersten Teil (z. B. einem Kraftfahrzeug), z. B. beim Einfahren einer Batterie in ein Kraftfahrzeug.
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Insbesondere ist zumindest ein Teil (also das erste Teil oder das zweite Teil) an einer wechselbaren Batterie und der andere Teil (also das zweite Teil oder das erste Teil) an einem Kraftfahrzeug angeordnet.
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Es wird weiterhin eine Batterie vorgeschlagen, die das beschriebene erste Teil oder bevorzugt das zweite Teil aufweist.
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Es wird weiterhin ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, das bevorzugt das beschriebene erste Teil oder alternativ das zweite Teil aufweist.
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Die Verwendung unbestimmter Artikel („ein“, „eine“, „einer“ und „eines“), insbesondere in den Patentansprüchen und der diese wiedergebenden Beschreibung, ist als solche und nicht als Zahlwort zu verstehen. Entsprechend damit eingeführte Begriffe bzw. Komponenten sind somit so zu verstehen, dass diese mindestens einmal vorhanden sind und insbesondere aber auch mehrfach vorhanden sein können.
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Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter („erste“, „zweite“, ...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung. Soweit ein Bauteil mehrfach vorkommen kann („mindestens ein“), kann die Beschreibung zu einem dieser Bauteile für alle oder ein Teil der Mehrzahl dieser Bauteile gleichermaßen gelten, dies ist aber nicht zwingend.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die angeführten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:
- 1: eine Kraftfahrzeug mit der Kopplungsvorrichtung;
- 2: eine Versuchsanordnung mit einer Kopplungsvorrichtung in einem ersten Zustand;
- 3: die Versuchsanordnung nach 2 in einer Zwischenstellung;
- 4: die Versuchsanordnung nach 1 und 2 in einem ersten Zustand;
- 5: die Versuchsanordnung nach 4 in einem ersten Zwischenzustand;
- 6: die Versuchsanordnung nach 4 und 5 in einem zweiten Zwischenzustand;
- 7: die Versuchsanordnung nach 6 in einer Detaildarstellung;
- 8: die Versuchsanordnung nach 7 in einer weiteren Detaildarstellung;
- 9: die Versuchsanordnung nach 4 bis 8 in einem dritten Zwischenzustand;
- 10: die Versuchsanordnung nach 4 bis 9 in einem vierten Zwischenzustand;
- 11: die Versuchsanordnung nach 4 bis 10 in einem zweiten Zustand; und
- 12: eine alternative Ausführungsvariante des Deckelelements.
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug 20 und eine Batterie 19 mit der Kopplungsvorrichtung 1. Die Kopplungsvorrichtung 1 umfasst ein erstes Teil 4, das einen ersten Anschluss 2 und einen Druckstift 5 aufweist, sowie ein relativ zum ersten Teil 4 bewegbares zweites Teil 6, dass einen mit dem ersten Anschluss 2 verbindbaren zweiten Anschluss 3 und eine Aufnahme 7 für den Druckstift 5 aufweist. In einem ersten Zustand 8, also bei getrennter Anordnung der Teile 4, 6, ist zumindest der zweite Anschluss 3 von einem Deckelelement 9 gegenüber einer Umgebung 10 abgedeckt. Zur Verbindung der Anschlüsse 2, 3 betätigt der Druckstift 5 das Deckelelement 9 und taucht dabei selber in die Aufnahme 7 ein. Dabei gibt das Deckelelement 5 den zweiten Anschluss 3 frei.
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2 zeigt eine Versuchsanordnung mit einer Kopplungsvorrichtung 1 in einem ersten Zustand 8. 3 zeigt die Versuchsanordnung nach 2 in einer Zwischenstellung. 4 zeigt die Versuchsanordnung nach 1 und 2 in einem ersten Zustand 8. 5 zeigt die Versuchsanordnung nach 4 in einem ersten Zwischenzustand. 6 zeigt die Versuchsanordnung nach 4 und 5 in einem zweiten Zwischenzustand. 7 zeigt die Versuchsanordnung nach 6 in einer Detaildarstellung. 8 zeigt die Versuchsanordnung nach 7 in einer weiteren Detaildarstellung. 9 zeigt die Versuchsanordnung nach 4 bis 8 in einem dritten Zwischenzustand. 10 zeigt die Versuchsanordnung nach 4 bis 9 in einem vierten Zwischenzustand. 11 zeigt die Versuchsanordnung nach 4 bis 10 in einem zweiten Zustand 11. Die 2 bis 11 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben. Auf die Ausführungen zu 1 wird Bezug genommen.
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Ausgehend von dem ersten Zustand 8, in dem das erste Teil 4 beabstandet von dem zweiten Teil 6 angeordnet und das Deckelelement 9 unbetätigt ist, zeigen die Zwischenzustände, ausgehend von dem ersten Zwischenzustand bis hin zu dem vierten Zwischenzustand, eine sukzessive Annäherung von erstem Teil 4 und zweitem Teil 6. In dem zweiten Zustand 11 sind die Teile 4, 6 dann verbunden und die Anschlüsse 2, 3 miteinander elektrisch leitend gesteckt.
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In einem ersten Zustand 8 sind die Teile 4, 6 der Kopplungsvorrichtung 1 beabstandet voneinander angeordnet, so dass die Teile 4, 6 einander nicht kontaktieren. Z. B. ist das erste Teil 4 an einem Kraftfahrzeug 20 und das zweite Teil 6 an einer Batterie 19 angeordnet, wobei die Batterie 19 noch nicht an dem Kraftfahrzeug 20 angeordnet ist.
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In dem ersten Zustand 8 sind der zweite Anschluss 3 und die Aufnahme 7 von dem Deckelelement 9 gegenüber der Umgebung 10 abgedeckt, so dass eine Verschmutzung dieser Komponenten aus der Umgebung 10, z. B. durch Staubpartikel oder Feuchtigkeit, zumindest teilweise verhindert wird.
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Sollen die Teile 4, 6 miteinander verbunden werden, so werden sie aufeinander zu bewegt. Dabei kontaktiert als erstes der Druckstift 5 das Deckelelement 9. Bei weiterer Annährung der Teile 4, 6 wird das Deckelelement 9 durch den Druckstift 5 (siehe z. B. 3 und 5) betätigt und aus einer im ersten Zustand 8 vorliegenden Ausgangsstellung 15 sukzessive verlagert bzw. verschoben. Dabei taucht der Druckstift 5 in die Aufnahme 7 ein.
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Die Aufnahme 7 bildet eine Hülse, in die der Druckstift 5 eingeführt werden kann. Die Form der Hülse ist an die Form des Druckstiftes 5 angepasst, so dass über die Aufnahme 7 die Ausrichtung des Druckstiftes 5 und damit des ersten Teils 4 gegenüber dem zweiten Teil 6 erfolgen kann.
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Das Deckelelement 9 ist durch den Druckstift 5 teilweise in die Aufnahme 7 hinein verschiebbar. Das Deckelelement 9 ist einteilig ausgeführt.
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Die Teile 4, 6 sind ausgehend von dem ersten Zustand 8 (2 und 4) und hin zu einem zweiten Zustand 11 (11), in dem die Teile 4, 6 über die Anschlüsse 2, 3 miteinander verbunden sind, entlang einer ersten Richtung 12 aufeinander zu bewegbar, wobei das Deckelement 9 durch den Druckstift 5 zumindest entlang einer quer zur ersten Richtung 12 verlaufenden zweiten Richtung 13 verschiebbar ist.
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Ein zweiter Abschnitt 22 des Deckelelements 9 wird zusammen mit dem Druckstift 5 in die Aufnahme 7 hinein verschoben. Dabei wird dieser zweite Abschnitt 22 entlang der ersten Richtung 12 in die Aufnahme 7 hinein verlagert. Zusätzlich wird ein erster Abschnitt 21 des Deckelelements 9 entlang der zweiten Richtung 13 hin zur Aufnahme 7 verschoben.
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Mit einer zunehmenden Annährung der Teile 4, 6 zueinander wird der Anteil des zweiten Abschnitts 22 am Deckelelement 9 größer und der Anteil des ersten Abschnitts 21 am Deckelelement 9 kleiner, da ein immer größerer Anteil des Deckelelements 9 in die Aufnahme 7 hinein verlagert wird.
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Das Deckelelement 9 erstreckt sich in dem ersten Zustand 8 ausgehend von einem ersten Ende 23 über den zweiten Anschluss 3 und die Aufnahme 7 bis hin zum einem zweiten Ende 24. Das erste Ende 23 ist beweglich gegenüber dem zweiten Teil 6 angeordnet. Das zweite Ende 24 ist ortsfest an dem zweiten Teil 6 angeordnet. Der erste Abschnitt 21 erstreckt sich ausgehend von dem ersten Ende 23 hin zum zweiten Ende 24. Wenn der Druckstift 5 in die Aufnahme 7 hinein verschoben wird, kontaktiert er das sich über die Aufnahme 7 erstreckende Deckelelement 9 und verformt dieses. Dabei wird das Deckelelement 9 teilweise in die Aufnahme 7 hinein verschoben, so dass das erste Ende 23 hin zur Aufnahme 7 verlagert wird.
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Die Kopplungsvorrichtung 1 umfasst einen Rückstellmechanismus 14, durch den das Deckelelement 9 in eine den zweiten Anschluss 3 abdeckende und im ersten Zustand 8 vorliegende Ausgangsstellung 15 zurückbewegbar ist. Der Rückstellmechanismus 14 greift an dem ersten Ende 23 des Deckelelements 9 an. Der Rückstellmechanismus 14 umfasst eine Energiespeichereinrichtung, z. B. eine Feder, die bei Betätigung des Deckelements 9 gedehnt wird und bei Beendigung der Betätigung des Deckelelements 9 durch den Druckstift 5 das Deckelelement 9 in die Ausgangsstellung 15 zurückverlagert wird?.
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Der zweite Anschluss 3 ist in einem Aufnahmekanal 17 angeordnet, der durch das Deckelelement 9 in dem ersten Zustand 8 verschließbar ist, wobei der Aufnahmekanal 17 eine Führung 18 aufweist, wobei das Deckelelement 9 zwischen dem ersten Zustand 8 und einem zweiten Zustand 11, in dem die Teile 4, 6 zumindest über die Anschlüsse 2, 3 miteinander verbunden sind, über die Führung 18 geführt ist. Die Führung 18 ist auf beiden Seiten des Aufnahmekanals 17 angeordnet, nach Art von Schienen, in denen das Deckelelement 9 geführt wird.
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Der Druckstift 5 und der Weg des Deckelelements 9, den dieses bei der Betätigung zurücklegt, sind in ihren Abmessungen derart aufeinander abgestimmt, dass die Verlagerung des Deckelelements 9 erst unmittelbar vor dem Verbinden der Anschlüsse 2, 3 und die Verlagerung bis zum Erreichen der Ausgangsstellung 15 nur bis unmittelbar nach dem Trennen der Anschlüsse 2, 3 erfolgt. Damit kann sichergestellt werden, dass eine Zeitspanne mit gegenüber der Umgebung 10 freiliegenden Anschlüssen 2, 3 zumindest am zweiten Teil 6 minimal bleibt.
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12 zeigt eine alternative Ausführungsvariante des Deckelelements 9. Das Deckelelement 9 ist mehrteilig ausgeführt und weist eine Mehrzahl von Segmenten 16 auf, die einander über Stirnseiten kontaktieren. Eine Abdeckung bzw. Abdichtung zumindest des zweiten Anschlusses 3 gegenüber der Umgebung 10 kann insbesondere über Segmente 16 mit z. B. Gummilippen and den Stirnseiten erfolgen.
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Die Segmente 16 werden über schienenartige Führungen 18 entlang der ersten Richtung 12, hinein in die Aufnahme 7, und entlang der zweiten Richtung 13 und damit entlang des Aufnahmekanals 17 geführt. Die Führungen 18 erstrecken sich hier also in die Aufnahme 7 hinein.
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Das Deckelelement 9 wird über das zweite Ende 24 betätigt, so dass das zweite Ende 24 von dem Druckstift 5 in die Aufnahme 7 hinein verlagert und das erste Ende 23 entlang der zweiten Richtung 13 verschoben wird.
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Ein zweiter Abschnitt 22 des Deckelelements 9 wird zusammen mit dem Druckstift 5 entlang der ersten Richtung 12 in die Aufnahme 7 hinein verlagert. Zusätzlich wird ein erster Abschnitt 21 des Deckelelements 9 entlang der zweiten Richtung 13 hin zur Aufnahme 7 verschoben.
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Mit einer zunehmenden Annährung der Teile 4, 6 zueinander wird der Anteil des zweiten Abschnitts 22 am Deckelelement 9 größer und der Anteil des ersten Abschnitts 21 am Deckelelement 9 kleiner, da ein immer größerer Anteil des Deckelelements 9 in die Aufnahme 7 hinein verlagert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kopplungsvorrichtung
- 2
- erster Anschluss
- 3
- zweiter Anschluss
- 4
- erstes Teil
- 5
- Druckstift
- 6
- zweites Teil
- 7
- Aufnahme
- 8
- erster Zustand
- 9
- Deckelelement
- 10
- Umgebung
- 11
- zweiter Zustand
- 12
- erste Richtung
- 13
- zweite Richtung
- 14
- Rückstellmechanismus
- 15
- Ausgangsstellung
- 16
- Segment
- 17
- Aufnahmekanal
- 18
- Führung
- 19
- Batterie
- 20
- Kraftfahrzeug
- 21
- erster Abschnitt
- 22
- zweiter Abschnitt
- 23
- erstes Ende
- 24
- zweites Ende
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012205414 B3 [0010]
- DE 102009019185 A1 [0011]
