Invers-Pantograph für eine Ladevorrichtung für Elektrofahrzeuge

Technisches Gebiet

Die Erfindung betri f ft einen Invers-Pantographen für eine Ladevorrichtung für Elektrofahrzeuge und eine Ladevorrichtung mit einem solchen Invers-Pantographen .

Technischer Hintergrund

Das Laden von elektrischen Nutz fahrzeugen wie Bussen oder Lastwagen kann zum einen, ähnlich wie bei einem PKW, mithil fe eines Kabels/Stecker geschehen . Dies ist j edoch problematisch, da hierfür meistens eine unmittelbare menschliche Interaktion notwendig ist , was insbesondere beim sogenannten Opportunity-Charging wie dem Laden an einer Bushaltestelle im Linienbetrieb während des Ein- und Aussteigens von Fahrgästen regelmäßig ausscheidet . Um diesen Prozess zu automatisieren, werden solche Fahrzeuge daher vorzugsweise mit externen Stromgebern geladen . Dazu befinden sich auf dem Dach der Fahrzeuge freiliegende oder automatisiert freilegbare Kontakte . Mithil fe einer sich absenkenden und mit der Ladevorrichtung verbundenen Kontaktvorrichtung wird der Kontakt für das Laden hergestellt , so dass das Fahrzeug von oben und außer Reichweite von Menschen kontaktiert wird .

In bekannten Anwendungen wird als Stromgeber ein konventioneller Stromabnehmer aus der Schienenfahrzeugtechnik genutzt ( Pantograph) , welcher kopfüber montiert wurde ( Invers- Pantograph) . Im Gegensatz zur Anwendung auf Schienenfahrzeugen wird der Kontakt zwischen Ladevorrichtung und Fahrzeug versorgungsseitig hergestellt , indem sich der Invers- Pantograph von oben nach unten auf das Elektrofahrzeug absenkt . Bei bestimmten vorbekannten Invers-Pantographen führt dieser eine Schwenkbewegung aus , so dass in einer rotatorischen Bewegung einerseits eine Absenkung wie auch eine seitliche Bewegung voll zogen werden .

Um eine mit einem Invers-Pantographen versehene Ladevorrichtung für Fahrzeuge unterschiedlicher Höhe wie Eindecker- und Doppeldeckerbusse verwendbar zu machen, ist ein großer Arbeitshub des Invers-Pantographen erstrebenswert .

Die Erfindung macht es sich daher zur Aufgabe , einen verbesserten Invers-Pantographen und eine verbesserte Ladevorrichtung für Elektrofahrzeuge bereitzustellen .

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch einen Invers- Pantographen gemäß Anspruch 1 und eine Ladevorrichtung gemäß Anspruch 10 . Vorteilhafte Aus führungs formen der Erfindung bilden die Gegenstände der Unteransprüche .

Zusammenfassung der Erfindung

Ein erster Aspekt der Erfindung führt einen verbesserten In- vers-Pantograph für eine Ladevorrichtung für ein Elektrofahrzeug ein . Der Invers-Pantograph besitzt einen Aktuator, der an einem ersten Ende eine Aufhängung und an einem dem ersten Ende gegenüberliegenden zweiten Ende einen Kontaktkopf zum Kontaktieren des Elektrofahrzeugs aufweist . Die Aufhängung dient hierbei zur Befestigung an eine Tragstruktur wie einem Mast oder eine Hallendecke . Der Aktuator ist dazu ausgebildet , zum Laden des Elektrofahrzeugs den Kontaktkopf aus einer Ruheposition in eine Ladeposition abzusenken und in der Ladeposition eine Anpresskraft auf den Kontaktkopf aus zuüben und den Kontaktkopf nach einem Ladevorgang in die Ruheposition anzuheben . Erfindungsgemäß umfasst der Aktuator einen Teleskopschaft , der wenigstens zwei axial ineinander schiebbare Teilschäfte aufweist . Der erfindungsgemäße Invers-Pantograph ermöglicht einen großen Arbeitshub, benötigt aber aufgrund der Verwendung des Teleskopschaftes wenig freien Raum, da nicht , wie im Stand der Technik, ein Halteschaft mit dem Kontaktkopf in dem Raum oberhalb der Ruheposition des Kontaktkopf es positioniert werden oder entsprechend raumgrei fend seitlich weggeschwenkt werden muss . Dadurch erlaubt der erfindungsgemäße Invers- Pantograph bei gleichbleibendem Arbeitshub beispielsweise eine niedrigere Deckenhöhe ( Logistikdepot , Busbahnhof usw . ) und vermeidet ein seitliches Schwenken des Kontaktkopf es , was entsprechenden hindernis freien und gesicherten Raum seitlich des Invers-Pantographen erfordert .

Soweit hier Richtungsangaben und -Verhältnisse wie „seitlich" , „oberhalb" , „absenken" , „anheben" usw . benutzt werden, beziehen sich diese auf ein betriebsbereit installiertes Gerät .

Besonders bevorzugt ist die Anpresskraft durch eine Gewichtskraft des Kontaktkopf es und wenigstens eines Teilschaftes des Teleskopschaftes bewirkt . Oder mit anderen Worten weist dabei die Anpresskraft keinen Kraftanteil in Richtung der Anpresskraft außer der Gewichtskraft des Kontaktkopf es und wenigstens des einen Teilschaftes des Teleskopschaftes auf . Bei dieser Ausgestaltung kann auf einfache Weise eine definierte Anpresskraft bewirkt werden, ohne dass hierzu die Anpresskraft gemessen und ggf . ein Motor oder dergleichen geregelt werden müsste . Auch ist es durch diese einfache Maßnahme möglich, eine gleichbleibende Anpresskraft auf recht zuerhalten, selbst wenn sich die Kontakthöhe nach der Herstellung des Kontaktes aufgrund eines Absenkens des Elektrofahrzeugs ändert , um das Aus- und Zusteigen von Fahrgästen oder ein Bound Entladen zu vereinfachen (häufig als engl . „kneeling" bezeichnet ) .

Die Anpresskraft kann sich hierbei allerdings aus mehreren wirkenden Kräften ergeben . Insbesondere kann die Anpresskraft eine Di f ferenz der Gewichtskraft des Kontaktkopf es und des wenigstens einen Teilschaftes des Teleskopschaftes und einer Gegenkraft sein . Die Gegenkraft kann beispielsweise eine Rückstellkraft sein, die nach Beendigung eines Ladevorgangs für ein Anheben des Kontaktkopf es in die Ruheposition vergrößert wird .

Der Aktuator kann eine Steuereinheit und einen mit dem Kontaktkopf verbundenen Seilantrieb umfassen, welcher ausgebildet ist , auf Steuersignale der Steuereinheit hin den Kontaktkopf zwischen der Ruheposition und der Ladeposition zu bewegen . Die Verwendung eines Seilantriebs erlaubt eine Umlenkung der Kraftübertragung zur Seite und somit eine Anordnung geringer Höhe . Hierbei soll als „Seilantrieb" nicht notwendigerweise ein Antrieb mit Verwendung eines Seils verstanden werden, es können selbstredend auch gleichwirkende Kraftübertragungen wie Ketten, Riemen und dergleichen zum Einsatz kommen . Vorzugsweise besitzt der Seilantrieb einen Elektromotor .

Besonders bevorzugt ist der Kontaktkopf über eine Federlagerung mit dem Teleskopschaft verbunden . Dabei weist der In- vers-Pantograph einen ersten Sensor auf , der dazu ausgebildet ist , eine von einer auf die Federlagerung wirkenden Kraft abhängige erste Messgröße zu messen und als erstes Messsignal an die Steuereinheit aus zugeben . Die Steuereinheit ist dabei außerdem dazu ausgebildet , den Seilantrieb anzuhalten, wenn das erste Messsignal einen vorgegebenen ersten Schwellwert übersteigt . Dies ermöglicht es , den Kontaktkopf kontrolliert abzusenken, bis der erste Sensor anzeigt , dass der Kontaktkopf auf den Gegenkontakten des Elektrofahrzeugs aufgesetzt hat , so dass die auf die Federlagerung wirkende Kraft den ersten Schwellwert übersteigt . Dadurch können aufwendigere Maßnahmen zur Positions- und Entfernungserkennung entfallen .

Bei Aus führungen des Invers-Pantographen mit einem Seilantrieb kann ein zweiter Sensor vorgesehen sein, der dazu ausgebildet ist , eine von einer auf den Seilantrieb wirkenden Zugkraft abhängige zweite Messgröße zu messen und als zweites Messsignal an die Steuereinheit aus zugeben . Dabei ist dann die Steuereinheit außerdem dazu ausgebildet , den Seilantrieb anzuhalten, wenn das zweite Messsignal einen vorgegebenen zweiten Schwellwert übersteigt . Hierdurch wird ein Reißen des Seiles (Kette , Riemen usw . , siehe oben) verhindert , falls sich der Kontaktkopf verhakt hat oder ein sonstiges mechanisches Problem beim Anheben des Kontaktkopf es auf tritt .

Es kann auch ein mit der Steuereinheit und dem Seilantrieb verbundener Energiespeicher vorgesehen sein . Die Steuereinheit ist in diesem Fall zusätzlich dazu ausgebildet , einen Aus fall einer Versorgungsspannung zu detektieren und bei einem detektierten Aus fall der Versorgungsspannung ein Rückstellsteuersignal an den Seilantrieb aus zugeben . Der Seilantrieb ist dabei dazu ausgebildet , auf das Rückstellsteuersignal hin den Kontaktkopf in die Ruheposition anzuheben . Der Energiespeicher kann beispielsweise ein elektrischer oder elektrochemischer Speicher, aber auch ein Federspeicher oder vergleichbarer mechanischer Speicher sein . Der Energiespeicher sorgt dafür, dass der Kontaktkopf trotz einer schwerwiegenden Betriebsstörung in die gesicherte Ruheposition und damit außerhalb des von Menschen und Maschinen erreichbaren Bereichs angehoben werden kann .

Ein zweiter Erfindungsaspekt betri f ft eine Ladevorrichtung zum Laden eines Elektrofahrzeugs , wobei die Ladevorrichtung eine Invers-Pantographen gemäß dem ersten Erfindungsaspekt aufweist .

Kurzbeschreibung der Figuren

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Abbildungen von Aus führungsbeispielen näher erläutert . Es zeigen :

Figur 1 ein Aus führungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Invers-Pantographen in einer Ruheposition; Figur 2 das Aus führungsbeispiel des erfindungsgemäßen Invers-Pantographen in einer Ladeposition;

Figur 3 ein weiteres Aus führungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Invers-Pantographen; und

Figur 4 ein drittes Aus führungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Invers-Pantographen .

Aus führliche Figurenbeschreibung

Figur 1 zeigt ein Aus führungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Invers-Pantographen 1 in einer Ruheposition . Der Invers- Pantograph 1 besitzt einen Aktuator 2 , der dazu vorgesehen ist , einen an einem Ende des Aktuators 2 - im bestimmungsgemäßen Betrieb dem unteren Ende des Aktuators 2 - angeordneten Kontaktkopf 6 aus der dargestellten Ruheposition in eine Ladeposition abzusenken . Der Kontaktkopf 6 dient dazu, über Kontaktschienen 7 elektrische Kontakte zu einer auf dem Dach eines Elektrofahrzeugs angeordneten Gegenkontaktanordnung herzustellen . Hierzu wird der Kontaktkopf 6 auf die Gegenkontaktanordnung abgesenkt und durch die Schwerkraftwirkung des Kontaktkopf es 6 und mit diesem verbundener Teile des Aktuators 2 auf die Gegenkontaktanordnung gepresst .

Das andere - bei bestimmungsgemäß em Gebrauch obere - Ende des Aktuators 2 ist mit einer Aufhängung 3 verbunden, die dazu dient , den Aktuator 2 mit einer Hallendecke , einer Haltebrücke , einem seitlich positionierten Mast oder dergleichen zu verbinden . In dem gezeigten Aus führungsbeispiel ragt der Aktuator 2 dabei teilweise nach oben über die Aufhängung 3 hinaus . Je nach Einsatzort können j edoch beliebige geeignete relative Anordnungen des mit der Aufhängung 3 verbundenen Endes des Aktuators 2 und der Aufhängung 3 vorgesehen werden . Im Rahmen der Erfindung wird ein Anbringen der Aufhängung an einem anderen Ende des Aktuators 2 als dasj enige Ende , an dem der Kontaktkopf 6 angeordnet ist , als verwirklicht angesehen, wenn eine Betätigung des Aktuators 2 im bestimmungsgemäßen Betrieb den relativen vertikalen Abstand zwischen Aufhängung 3 und Kontaktkopf 6 verändert .

Figur 2 zeigt das Aus führungsbeispiel des erfindungsgemäßen Invers-Pantographen 1 von Figur 1 in einer Ladeposition . In der Ladeposition ist der Kontaktkopf 6 gegenüber der Ruheposition abgesenkt , so dass ein unter dem Invers-Pantographen 1 positioniertes Elektrofahrzeug für einen Ladevorgang kontaktiert wird . In der Ladeposition ist der Aktuator 2 gegenüber der Ruheposition zur Überwindung der Höhendi f ferenz zwischen den beiden Positionen verlängert . Dadurch wird in Figur 2 ein erfindungsgemäß vorgesehener Teleskopschaft 4 sichtbar, der wenigstens zwei ( im gezeigten Aus führungsbeispiel genau zwei ) axial ineinander schiebbare Teilschäften 5 umfasst . Die Anzahl der Teilschäfte 5 kann erhöht werden, um die Höhendi f ferenz zwischen Ruhe- und Ladeposition relativ zu der Gesamthöhe des Invers-Pantographen 1 in Ruheposition zu vergrößern .

Bei dem Aus führungsbeispiel der Figuren 1 und 2 sind zudem Federlagerungen 12 vorgesehen, welche eine Basis des Kontaktkopfes 6 mit den Kontaktschienen 7 verbinden, so dass die Kontaktschienen 7 federnd an der Basis gelagert sind . Dies ermöglicht einen gewissen Höhenausgleich, falls das unter dem Invers-Pantographen 1 positionierte Elektrofahrzeug nicht genau waagerecht ausgerichtet ist .

Figur 3 zeigt ein weiteres Aus führungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Invers-Pantographen 1 , wobei der Invers- Pantograph in der Ruheposition dargestellt ist . Die mit gleichen Bezugs zeichen bezeichneten Gegenstände bezeichnen gleiche oder gleichartige Gegenstände , wie sie bei den anderen Abbildungen erläutert wurden . Zur einfacheren Darstellung wurde dabei der Invers-Pantograph von Figur 3 ohne eine der Seitenwände eines Gehäuses des Aktuators 2 dargestellt . Dadurch wird der in der Ruheposition im Inneren des Gehäuses angeordnete Teleskopschaft 4 sichtbar . Außerdem wird eine Kabel führung 16 erkennbar, die aus gegeneinander schwenkbaren Gliedern zusammengesetzt ist und auf der Kabel 17 zum Leiten von elektrischer Leistung und Steuersignalen zu den Kontaktschienen 7 des Kontaktkopf es 6 geführt sind . Die Kabel führung 16 kann Bewegungen des Teleskopschafts 4 folgen und dabei eine Höhenveränderung des Kontaktkopf es 6 ausgleichen . Wird der Kontaktkopf 6 aus der in Figur 3 dargestellten Ruheposition in die Ladeposition abgesenkt , streckt sich die Kabel führung 16 nach unten aus dem Gehäuse des Aktuators 2 heraus . Wird der Kontaktkopf 6 wieder in die Ruheposition angehoben, wird die Kabel führung 16 in einer Biegebewegung zurück in das Gehäuse angehoben, so dass sie schließlich wieder die gezeigte umgekehrte U-Form aufweist .

Figur 4 zeigt ein drittes Aus führungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Invers-Pantographen 1 , das konstruktiv mindestens weitgehend dem Beispiel von Figur 3 entspricht . So besitzt das Aus führungsbeispiel von Figur 4 ebenfalls eine Kabel führung 16 , wie sie oben erläutert wurde . Der Aktuator 2 des Invers-Pantographen 1 von Figur 4 ist mit einem Seilantrieb 11 ausgestattet , der beispielhaft mit Umlenkrollen 9 und einem Seil 8 , beispielsweise einem Drahtseil , ausgeführt ist . Als eigentlicher Antrieb dient hier ein Elektromotor 10 , der dazu ausgebildet ist , das Seil 8 auf eine Spindel auf zuwickeln oder davon abzurollen, um den Kontaktkopf 6 zwischen der Ruhe- und der Ladeposition zu bewegen . Selbstredend können andere Konfigurationen eines Seilantriebs als die dargestellte gewählt werden . Auch ist hier der Begri f f „Seil" nicht zwingend als Seil im eigentlichen Sinne zu verstehen, es können auch Riemen oder Ketten zum Einsatz kommen .

Am Kontaktkopf 6 des Invers-Pantographen von Figur 4 sind j e ein erster Sensor 13 und ein zweiter Sensor 14 angeordnet , wobei der erste Sensor 13 an einer der Federlagerungen 12 angeordnet ist . Es können auch mehrere erste Sensoren 13 vorgesehen sein, beispielsweise einer an j eder Federlagerung 12 .

Der erste Sensor 13 dient dazu, eine auf die Federlagerung 12 wirkende Kraft direkt oder indirekt zu messen und ein diese Kraft repräsentierendes Messsignal an eine Steuereinheit 15 aus zugeben . Die Steuereinheit 15 kann an beliebiger Stelle angeordnet sein und muss sich nicht am Anbringungsort des Aktuators 2 befinden . Auch eine entfernte Anordnung der Steuereinheit 15 beispielsweise in einem Server ist möglich . Aus diesem Grund ist die Darstellung der Steuereinheit und der mit ihr verbundenen Signalleitungen auch rein schematisch zu verstehen .

Die Steuereinheit 15 kann das vom ersten Sensor 13 empfangene Messsignal dazu verwenden, ein Aufsetzen des Kontaktkopf es 6 auf die Gegenkontaktanordnung des Elektrofahrzeugs zu detek- tieren, woraufhin die Steuereinheit 15 den Elektromotor 10 des Seilantriebs 11 anhalten kann, um das Seil 8 nicht unnötig abzurollen .

Der Invers-Pantograph 1 des Aus führungsbeispiels von Figur 4 ist zudem mit einem zweiten Sensor 14 ausgestattet , der beispielsweise zwischen dem Seil 8 und dem Kontaktkopf 6 angeordnet sein kann und dazu ausgebildet ist , eine auf den Seilantrieb 11 wirkende Zugkraft direkt oder indirekt zu messen und ein die gemessene Zugkraft repräsentierendes Messsignal an die Steuereinheit 15 zu übermitteln . Die Steuereinheit 15 kann das von dem zweiten Sensor 14 empfangene Messsignal dazu verwenden, den Elektromotor 10 des Seilantriebs 11 anzuhalten, wenn das Messsignal anzeigt , dass die Zugkraft auf das Seil 8 über ein bestimmtes Maß hinaus ansteigt . Dies kann zum Beispiel beim Erreichen der Ruheposition oder bei einem Verhaken des Messkopfes 6 der Fall sein . In letzterem Fall kann die Steuereinheit 15 ein Fehlersignal ausgeben, um auf diesen Fehler aufmerksam zu machen .

Die Sensoren 13 und 14 können die genannten Messgrößen auf verschiedene Weisen messen . So kann die auf das Seil 8 wirkende Zugkraft auch anhand einer Messung des in den Elektromotor 10 fließenden Antriebsstromes erfolgen, so dass der zweite Sensor 14 als Stromsensor ausgeführt ist . Der erste Sensor 12 kann gleichermaßen ein Entspannen oder ein Spannen von Federn der Federlagerung 12 anzeigen, wobei die Steuereinheit 15 dementsprechend das Signal in unterschiedlicher Weise auswertet . Die Erfindung wurde anhand von Aus führungsbeispielen näher erläutert . Dabei dienen die Aus führungsbeispiele lediglich dem besseren Verständnis der Erfindung und sollen die Erfindung, die ausschließlich durch die nachfolgenden Patentansprüche definiert wird, nicht beschränken .

Bezugs zeichenliste

1 Invers-Pantograph

2 Aktuator

3 Aufhängung

4 Teleskopschaft

5 Teilschaft

6 Kontaktkopf

7 Kontaktschiene

8 Seil

9 Umlenkrolle

10 Elektromotor

11 Seilantrieb

12 Federlagerung

13 erster Sensor

14 zweiter Sensor

15 Steuereinheit

16 Kabel führung

17 Kabel