EHLERT, Rainer (Höhenstraße 6, Maulbronn, 75433, DE)
| Patentansprüche 1 . Vorrichtung zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen einem Elektrofahrzeug (10) und einer stationären Stromzapfstelle (16) zum Laden eines fahrzeugseitigen Energiespeichers, mit einem Ladekabel (14) zur Abstandsüberbrückung zwischen der Stromzapfstelle (16) und dem in einer Ladeposition abstellbaren Elektrofahrzeug (10), dadurch gekennzeichnet, dass das Ladekabel (14) von einer in dem Fahrzeug (10) oder der Stromzapfstelle (16) fest eingebauten Kabelwickeleinheit (12) mit variabler Länge abziehbar ist. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kabelwickeleinheit (12) eine an einer feststehenden, vorzugsweise fahr- zeugfesten Tragstruktur (26) drehbar gelagerte Kabeltrommel (28), einen Drehantrieb (30) für die Trommel und eine in der Trommel integrierte Stromübertragungseinrichtung (32) für eine Anschlusskopplung des Ladekabels (14) mit nicht bewegten Anschlussmitteln (36) der Kabelwickeleinheit (12) aufweist. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromübertragungseinrichtung (32) einen mit der Kabeltrommel (28) mitdrehenden Kontaktring (48) und einen radial oder axial an dem Kontaktring angreifenden Schleifkontakt (50) aufweist. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ladekabel (14) mehrere parallele Leitungen zur Anpassung des Ladestroms aufweist. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ladekabel (14) neben den Ladestrom führenden Leitungen auch Signal- und/oder Datenleitungen enthält. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kabelwickeleinheit (12) einen Elektromotor als Drehantrieb (30) aufweist, wobei der Elektromotor in die Trommel integriert ist oder außerhalb davon angeordnet und über Getriebemittel (34) gekoppelt ist. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kabelwickeleinheit (12) eine beim Abziehen des Ladekabels (14) spannbare Wickelfeder als Drehantrieb (30) aufweist. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kabelwickeleinheit (12) zum selbsttätigen Aufwickeln des Ladekabels (14) über mechanische oder elektrische Auslösemittel (46) gegebenenfalls durch Ziehen am Kabel oder auch fernge- steuert ansteuerbar ist. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kabelwickeleinheit (12) eine Kontrolleinrichtung (52) für eine regulierte Aufwickelgeschwindigkeit besitzt. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kabelwickeleinheit (12) eine Sperre (22) zur Festlegung einer Endposition des Kabelauszugs und/oder Kabeleinzugs aufweist. 1 1 . Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kabelwickeleinheit (12) einen in Richtung der Trommelachse beweglichen Oszillator (44) für ein geordnetes Aufwickelbild des Ladekabels (14) besitzt. |
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen einem Elektrofahrzeug und einer stationären Stromzapfstelle zum Laden eines fahrzeugseitigen Energiespeichers, mit einem Lade- kabel zur Abstandsüberbrückung zwischen der Stromzapfstelle und dem in einer Ladeposition abstellbaren Elektrofahrzeug.
Für elektrogetriebene Fahrzeuge sind so genannte Stromtankstellen vorgesehen, bei denen ein Elektrofahrzeug in einem gewissen flexiblen Abstand zu einer Ladesäule aufgestellt werden kann, um die Fahrzeugbatterie über eine Verbindungsleitung aufzuladen. Zu diesem Zweck ist es bekannt, im Fahrzeug ein loses Kabel mitzuführen, das dann fahrzeugseitig und säulen- seitig eingesteckt werden muss. Ausgehend hiervon besteht die Aufgabe darin, die Handhabung zu erleichtern und komfortabler zu gestalten und dabei auch eine erhöhte Sicherheit insbesondere gegen Beschädigung zu gewährleisten.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird die im Patentanspruch 1 angegebene Merkmalskombination vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Dementsprechend wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass das Ladeka- bei von einer in dem Fahrzeug oder der Stromzapfstelle fest eingebauten Kabelwickeleinheit mit variabler Länge abziehbar ist. Dadurch ist auf einfa- che Weise gewährleistet, dass das Ladekabel griffbereit ist und in der Länge bedarfsgerecht zur Verfügung steht. Zudem kann der Ladevorgang und die Bedienung durch fahrzeugfeste oder stationäre, ggf. automatisch arbeitende Einbaukomponenten weiter verbessert werden.
Vorteilhafterweise umfasst die Kabelwickeleinheit eine an einer feststehenden, vorzugsweise fahrzeugfesten Tragstruktur drehbar gelagerte Kabeltrommel, einen Drehantrieb für die Trommel und eine in der Trommel integrierte Stromübertragungseinrichtung für eine Anschlusskopplung des Lade- kabels mit nicht bewegten Anschlussmitteln der Kabelwickeleinheit. Auf diese Weise kann bei variablem Kabelauszug eine feste Verdrahtung im Einbauzustand realisiert werden.
In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn die Stromübertragungs- einrichtung einen mit der Kabeltrommel mitdrehenden Kontaktring und einen radial oder axial an dem Kontaktring angreifenden Schleifkontakt aufweist. Alternativ ist es auch möglich, dass die Stromübertragungseinrichtung eine galvanische Anschlussverbindung zwischen dem Ladekabel und den Anschlussmitteln vorzugsweise in Form einer an ihren Federenden kontaktier- ten Spiralfeder aufweist.
Um die Fahrzeugpositionierung zu erleichtern, sollte das Ladekabel mit einer Auszuglänge im Bereich zwischen 5 bis 10 m abziehbar sein. Eine weitere Verbesserung lässt sich dadurch erreichen, dass das Ladekabel mehrere parallele Leitungen zur Anpassung des Ladestroms aufweist. Um den Ladevorgang zu steuern, kann es vorteilhaft sein, wenn das Ladekabel neben den Ladestrom führenden Leitungen auch Signal- und/oder Datenleitungen enthält. Um gefährliche Fehlfunktionen zu vermeiden, sollte die Kabelwickeleinheit eine Sicherheitseinrichtung aufweisen, welche den Ladestrom oder die Temperatur an dem Ladekabel überwacht und gegebenenfalls den Ladestrom unterbricht. Weiterhin ist es günstig, wenn die Kabelwickeleinheit ein Signal bereitstellt, mit dessen Hilfe der Fahrzeugbetrieb bei eingestecktem Ladekabel ausgeschlossen werden kann.
Zur Erhöhung des Bedienkomforts ist es vorteilhaft, wenn die Kabelwickeleinheit einen Elektromotor als Drehantrieb aufweist, wobei der Elektromotor in die Trommel integriert oder außerhalb davon angeordnet und über Getriebemittel gekoppelt sein kann.
In einer einfachen Ausführung ist es auch denkbar, die Kabelwickeleinheit eine beim Abziehen des Ladekabels spannbare Wickelfeder als Drehantrieb aufweist.
Vorteilhafterweise ist die Kabelwickeleinheit zum selbsttätigen Aufwickeln des Ladekabels über mechanische Auslösemittel wie eine Taste, Pedal oder Knopf oder durch Ziehen am Kabel ansteuerbar. Eine weitere Handha- bungsverbesserung lässt sich dadurch erreichen, dass die Kabelwickeleinheit zum selbsttätigen Aufwickeln des Ladekabels über elektrische Auslösemittel gegebenenfalls auch ferngesteuert ansteuerbar ist. Hierbei ist es auch vorteilhaft, wenn die Kabelwickeleinheit eine elektrisch oder mechanisch betätigte Anzeige für die Länge des ausgezogenen oder noch aufgewickel- ten Ladekabels aufweist.
Um Gefahren möglichst zu vermeiden, sollte die Kabelwickeleinheit eine Kontrolleinrichtung für eine regulierte Aufwickelgeschwindigkeit besitzen. Vorteilhaft ist es auch, wenn die Kabelwickeleinheit eine Sperre zur Festlegung einer Endposition des Kabelauszugs aufweist. Eine weitere Verbesserung ergibt sich dadurch, dass die Kabelwickeleinheit einen in Richtung der Tronnnnelachse beweglichen Oszillator für ein geordnetes Aufwickelbild des Ladekabels besitzt.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung in schema- tischer Weise dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 ein Elektrofahrzeug mit einer Kabelwickeleinheit zur Verbindung eines Ladekabels mit einer Stromzapfstelle in einer schaubildlichen Darstellung;
Fig. 2 die in einem Einbaugehäuse aufgenommene Kabelwickeleinheit in perspektivischer Ansicht;
Fig. 3 die als Kabeltrommel ausgebildete Kabelwickeleinheit in perspektivischer Ansicht;
Fig. 4 eine weitere Ausführungsform einer Kabelwickeleinheit;
Fig. 5 eine Stromübertragungseinrichtung der Kabelwickeleinheit in einer perspektivischen Detaildarstellung; und
Fig. 6 eine Aufwickelbremse der Kabelwickeleinheit in Freigabe- und
Bremsstellung.
Das in Fig. 1 dargestellte Elektrofahrzeug 10 lässt sich zum Aufladen einer nicht gezeigten Fahrzeugbatterie über eine fahrzeugfest eingebaute Kabelwickeleinheit 12 mittels ausziehbarem Ladekabel 14 mit einer Stromzapfstel- le 16 elektrisch verbinden. Dabei kann das Fahrzeug 10 in gewissen Grenzen mit variablem Abstand zu der Stromzapfstelle 16 in einer Ladeposition abgestellt werden, wobei durch den reversiblen Kabelauszug eine einfache Handhabung gewährleistet ist.
Wie auch aus Fig. 2 ersichtlich, kann die Kabelwickeleinheit 12 in einem kastenförmigen Einbaugehäuse 18 fest in das Fahrzeug 10 eingebaut sein, so dass die Gefahr von Verschmutzung oder Beschädigung reduziert wird. Dabei ist das Ladekabel 14 an seinem freien Ende mit einem Stecker 20 versehen und weist einen an eine Gehäusepartie anschlagenden Stopper 22 zum Begrenzen des Kabeleinzugs und/oder des Kabelauszugs auf. Zweck- mäßig ist randseitig an der Gehäuseöffnung ein Schmutzabweiser 24 für das Ladekabel 14 angeordnet.
Gemäß Fig. 3 weist die Kabelwickeleinheit 12 eine an einer Tragstruktur 26 drehbar gelagerte Kabeltrommel 28, einen Drehantrieb 30 für die Trommel und eine in der Trommel integrierte Stromübertragungseinrichtung 32 für den Anschluss des Ladekabels 14 auf.
Die Tragstruktur 26 kann gegebenenfalls ohne Einbaugehäuse raumfest im Fahrzeug 10 befestigt sein, so dass die Kabeltrommel 28 um ihre Zentral- achse drehbar ist. Die Kabeltrommel ist dabei so dimensioniert, dass das Ladekabel 14 mit einer Auszuglänge von bis zu 10m abziehbar und wieder aufwickelbar ist. Zu diesem Zweck ist der Drehantrieb in dem gezeigten Ausführungsbeispiel durch einen Elektromotor gebildet, der in seiner Drehrichtung entsprechend ansteuerbar ist und über ein Zahnradgetriebe 34 mit der Kabeltrommel 28 gekoppelt ist. Denkbar ist es auch, dass in einer einfacheren Ausführung eine beim Abziehen des Ladekabels 14 spannbare Wickelfeder als Drehantrieb vorgesehen ist. Wie es weiter unten näher erläutert wird, ist das bei der Trommeldrehung bewegte Ladekabel 14 über die Stromübertragungseinrichtung 32 mit dem drehfest gehaltenen Anschlusskabel 36 verbunden, welches über fahrzeugseitige Verbindungsmittel an die Batterie angeschlossen ist. Die Kabel 14, 36 weisen mindestens zwei stromführende Ladeleitungen 38 auf. Durch zusätzliche parallele Ladeleitungen ist es möglich, den Ladestrom wahlweise höher zu schalten, so dass die Ladedauer entsprechend verkürzt wird. Neben den Ladeleitungen 38 und gegebenenfalls einer Masseverbindung 40 können auch nicht gezeigte Daten- bzw. Signalleitungen zur Steuerung des Ladevorgangs vorgesehen sein.
Wie in Fig. 4 veranschaulicht, kann die Kabelwickeleinheit einen in Richtung der Trommelachse auf einer Führung 42 beweglichen Oszillator 44 für ein geordnetes Aufwickelbild des Ladekabels 14 besitzen. Dies kann dadurch erreicht werden, dass der mit einem Durchbruch für das Ladekabel 14 versehene Oszillator 44 durch ein Steuerglied in einer Kulisse auf der rotierend angetriebenen Führung 42 zwangsgeführt ist (nicht gezeigt). Alternativ ist es auch möglich, dass der Oszillator beim Ablegen der Kabelwicklungen passiv verschiebbar ist.
Um den Wickelvorgang zu steuern, kann die Drehbewegung der Kabelwickeleinheit durch einen Riegel oder andere mechanische Auslösemittel ge- sperrt bzw. freigegeben werden. Denkbar ist auch eine Ansteuerung durch Ziehen am Kabel oder durch gegebenenfalls ferngesteuerte elektrische Auslösemittel. Bei einer vorgegebenen Aktuation, beispielsweise beim Ausstecken des Ladekabels könnte auch ein Aufwickelvorgang automatisch gestartet werden.
Wie in Fig. 5 gezeigt, kann die Stromübertragungseinrichtung eine mit der Kabeltrommel 28 mitdrehende Kontaktscheibe 48 und an der Scheibe angreifende Schleifkontakte 50 zur Stromübertragung zwischen dem drehbaren Ladekabel 14 und dem fahrzeugfesten Anschlusskabel 36 aufweisen. Dabei kann die Stromabnahme wie gezeigt axial bezüglich der Drehachse erfolgen, oder gegebenenfalls auch radial, wobei auch Wälzkörper anstelle eines Schleifkontakts einsetzbar sind. Denkbar ist auch eine Stromübertragung mittels einer galvanischen Anschlussverbindung zwischen dem Ladekabel 14 und dem Anschlusskabel 36 beispielsweise durch eine an ihren Federenden kontaktierte Spiralfeder, die beim Kabelauszug spannbar ist.
Fig. 6 zeigt ein Beispiel für eine Kontrolleinrichtung 52 zum Regulieren der Aufwickelgeschwindigkeit, so dass das Ladekabel 14 gefahrlos eingezogen werden kann. Hierfür sind an der Trommel 28 zwei Bremsklötze 54 über Langlöcher 56 radial begrenzt beweglich gelagert. Bei erhöhter Drehge- schwindigkeit bewirkt die Zentrifugalkraft eine Auslenkung der Bremsklötze 54 radial nach außen für einen Bremseingriff an einem Bremsring 58, wie es in Fig. 6 mit gestrichelten Linien dargestellt ist.
Als weitere Schutzmaßnahme kann die Kabelwickeleinheit 12 eine Sicher- heitseinrichtung aufweisen, welche den Ladestrom oder die Temperatur an dem Ladekabel 14 überwacht und gegebenenfalls den Ladestrom unterbricht.
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