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Die
Erfindung bezieht sich auf ein System zur wiederaufladbaren Stromversorgung
für ein
bewegliches, selbständiges
Gerät nach
dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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In
der
DE 695 01 205
T2 wird ein Stromversorgungssystem für selbständige, bewegliche Roboter beschrieben,
das eine stationäre
Aufladestation umfasst, über
die ein in dem Roboter mitgeführter
Akkumulator aufgeladen werden kann. Die Aufladestation umfasst einen
Hochfrequenzgenerator und eine Induktionsspule, über die die elektrische Energie
bei angenähertem
Roboter auf eine dort vorhandene Empfängerspule zur Aufladung des
Akkumulators übertragbar
ist. Diese auf Ausnutzung des Induktionseffektes basierende elektrische
Aufladung des Akkumulators hat jedoch den Nachteil, dass der Nachladevorgang
einen erheblichen Zeitraum beansprucht, während dem der Roboter nicht
für seinen eigentlich
vorgesehenen Einsatzzweck verwendet werden kann. Außerdem erfordert
die Übertragung großer Energiemengen
mittels Induktion einen erheblichen konstruktiven Aufwand. Auch
konstruktiv weniger aufwändige
Lösungen
mit direkter elektrischer Kontaktierung zwischen Ladestation und
autonomen Gerät
erfordern immer noch eine erhebliche Ladezeit.
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Offenbarung der Erfindung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System zur wiederaufladbaren
Stromversorgung für
ein bewegliches, selbständiges
Gerät mit
einfachen konstruktiven Maßnahmen
so auszuführen, dass
das bewegliche Gerät
praktisch unterbrechungsfrei arbeiten kann.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den
Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Die Unteransprüche
geben zweckmäßige Weiterbildungen
an.
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Bei
dem erfindungsgemäßen System
zur wiederaufladbaren Stromversorgung ist der in dem beweglichen
Gerät mitgeführte Akkumulator
als Wechselakku ausgebildet, der in einer Aufnahmeeinrichtung auswechselbar
aufgenommen ist. In der Aufladestation ist eine entsprechende Aufnahmeeinrichtung
für den
Akkumulator vorgesehen, in die dieser während des Aufladens auswechselbar
aufgenommen ist.
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Diese
Ausführung
ermöglicht
es, während des
Nachladevorganges einen Ersatz-Akkumulator in die Aufnahmeeinrichtung
in dem beweglichen Gerät
einzuführen,
so dass während
des Aufladevorganges das Gerät
von dem Ersatz-Akkumulator gespeist und weiter betrieben werden
kann. Anstelle eines Ersatz-Akkumulators
kann auch eine sonstige elektrische Speichereinheit auswechselbar
in die Aufnahmeeinrichtung in dem beweglichen Gerät eingesetzt
werden, beispielsweise eine elektrische Batterie, gegebenenfalls
auch Wasserstoff- oder Methanolkartuschen für Brennstoffzellen. Die Einsatzbereitschaft
des beweglichen Geräts
ist somit unabhängig
vom Nachladevorgang.
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Ein
weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass aufgrund der analog konzipierten
konstruktiven Ausführung
der Aufnahmeeinrichtungen in der Aufladestation und in dem beweglichen
Gerät das
Entfernen des Wechselakkus aus dem beweglichen Gerät und Einsetzen
dieses Wechselakkus in die Aufladestation automatisch oder zumindest
weitestgehend automatisch durchgeführt werden kann. Der Einsatz
gleicher oder gleichartiger Aufnahmeeinrichtungen in dem mobilen
Gerät und
in der üblicherweise
stationären
Aufladestation begünstigt
einen automatischen Wechsel des Wechselakkus.
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Der
Wechsel des Akkus kann dadurch vereinfacht werden, dass in den Aufnahmeeinrichtungen im
mobilen Gerät
und in der Aufladestation jeweils eine Schienenführung vorgesehen ist, mit der
gemäß bevorzugter
Weiterbildung Kontaktschienen am Akkumulator zusammenwirken. Beim
Wechsel zwischen den Aufnahmeeinrichtungen dient die Schienenführung zum
erleichterten Einführen
sowie zur Justierung des Wechselakkus. Außerdem können die Kontaktschienen zugleich
den elektrischen Kontakt zu dem elektrischen Verbraucher in dem
mobilen Gerät
herstellen, also beispielsweise zu dem Elektromotor, welcher das
mobile Gerät
antreibt und/oder eine zusätzliche
Funktion im mobilen Gerät
betätigt.
Die beiden Kontaktschienen am Akkumulator bilden hierbei den Pluspol
und den Minuspol.
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Die
Justierung des Wechselakkus beim Wechsel zwischen den Aufnahmeeinrichtungen
kann dadurch verbessert werden, dass die Schienenführung zwei
konisch zulaufende Führungsschienen aufweist,
die zu der offenen Seite des jeweiligen Aufnahmeschachtes im mobilen
Gerät bzw.
in der Aufnahmestation hin in einem spitzen Winkel zulaufen, so
dass die Kontaktschienen am Wechselakku auch bei nicht-optimaler
Einschubrichtung in den Schacht der jeweils anderen Einheit automatisch
in die korrekte Position gebracht wird. Die Kontaktschienen sind hierbei
zweckmäßig ebenfalls
konisch ausgebildet, sie weisen zweckmäßigerweise zwei Abschnitte
auf, die sich in Richtung ihrer gegenüberliegenden Stirnseiten erweitern,
so dass diese konisch erweiterte Stirnseite an der Unterseite des
Wechselakkus eine Art Fangmaul bildet, das die spitzwinklig zulaufenden Führungsschienen
in der jeweiligen Aufnahmeeinrichtung umgreift.
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Zweckmäßig bietet
die Aufnahmeeinrichtung in der Aufladestation Platz für zumindest
zwei Akkumulatoren, so dass zum Nachladen eines Akkumulators aus
dem mobilen Gerät
ein Austausch durchgeführt
werden und das mobile Gerät
praktisch ohne Unterbrechung weiterarbeiten kann. Dieser Vorgang des
Wechsels kann dadurch noch beschleunigt und erleichtert werden,
dass die Aufnahmeeinrichtung in der Aufladestation verstellbar ausgeführt ist,
so dass insbesondere auch bei unbeweglich vor der Aufladestation
stehendem, mobilem Gerät
die Wechselakkus getauscht werden können. Dies wird insbesondere
durch eine translatorische Verschiebbarkeit der Aufnahmeeinrichtung
in der Aufnahmestation ermöglicht,
wobei die Verschieberichtung vorteilhaft quer zur Wechselrichtung
erfolgt, in der die Wechselakkus zwischen den Aufnahmeeinrichtungen
verschoben werden. Der Austausch des Wechselakkus erfolgt dann in
der Weise, dass zunächst
der Wechselakku aus dem mobilen Gerät in den freien Schacht der Aufnahmeeinrichtung
in der Aufladestation verschoben wird, anschließend die Aufnahmeeinrichtung
in der Aufladestation in Querrichtung verschoben wird, bis der zweite
Schacht dieser Aufnahmeeinrichtung in einer Flucht mit der Aufnahmeeinrichtung
im mobilen Gerät
liegt, und schließlich
der zweite Wechselakku aus der Aufladestation in das mobile Gerät verschoben
wird.
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Grundsätzlich kommen
verschiedene Verstellmöglichkeiten
für die
Verstellung der Aufnahmeeinrichtung in der Aufladestation in Betracht,
also zusätzlich
oder alternativ zu der bereits genannten translatorischen Verschiebebewegung
eine rotatorische Drehbewegung oder eine Kombination aus Verschiebe-
und Verdrehbewegung.
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Gegebenenfalls
bietet auch die Aufnahmeeinrichtung im mobilen Gerät Platz
für zumindest zwei
Akkus, von denen mindestens einer als Wechselakku ausgeführt ist.
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Das
beschriebene System ist für
alle Arten von mobilen und stromgetriebenen Systemen anwendbar,
beispielsweise bei autonomen Rasenmähern, Reinigungsrobotern oder
sonstigen Robotern, bei Staubsaugern etc.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Vorteile und zweckmäßige Ausführungen
sind den weiteren Ansprüchen,
der Figurenbeschreibung und den Ansprüchen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Systems zur wiederaufladbaren Stromversorgung
für ein
bewegliches Gerät,
mit einer stationären
Aufladestation, wobei in dem beweglichen Gerät ein Wechselakku vorgesehen
ist und in der Aufladestation eine Aufnahmeeinrichtung mit insgesamt
zwei Schächten
für zwei
Wechselakkus,
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2 eine 1 entsprechende
Darstellung, bei der ein Greifarm der Aufladestation den Wechselakku
im mobilen Gerät
ergriffen hat,
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3 das
System in einer weiter fortgeschrittenen Situation, bei der der
Greifarm den ergriffenen Wechselakku in die Aufnahmeeinrichtung
hineingezogen hat, welche sich in der Aufladestation befindet,
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4 die
Aufnahmeeinrichtung in der Aufladestation in einer quer verschobenen
Position, in welcher ein zweiter Wechselakku der Aufladestation
in einer Flucht mit dem Aufnahmeschacht in dem mobilen Gerät liegt,
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5 den
zweiten Wechselakku in einer durch den Greifarm verschobenen Position
im Aufnahmeschacht im mobilen Gerät.
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In
den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ausführungsform(en)
der Erfindung
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Das
in den Figuren gezeigte System 1 umfasst eine stationäre Aufladestation 2,
die mit einer nicht näher
dargestellten elektrischen Aufladeeinheit zur Aufladung von Akkumulatoren
ausgestattet ist. An die stationäre
Aufladestation 2 kann ein mobiles Gerät 3 andocken, welches
unabhängig
beweglich und selbständig
verfahrbar ausgeführt
ist; bei diesem mobilen Gerät
handelt es sich beispielsweise um einen Roboter. In dem mobilen
Gerät 3 befindet
sich ein elektrischer Verbraucher, beispielsweise ein Elektromotor,
der von elektrischer Energie gespeist wird, welche in einem Akkumulator 5 gespeichert
ist. Dieser Akkumulator 5 ist als Wechselakku ausgebildet und
in einer Aufnahmeeinrichtung 4 im mobilen Gerät 3 auswechselbar
aufgenommen.
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Zum
Aufladen des Wechselakkus 5 verfährt das mobile Gerät 3 in
die in den Figuren dargestellte Position, in welcher die Aufnahmeeinrichtung 4 im mobilen
Gerät 3 einschließlich des
darin aufgenommenen Wechselakkus 5 in einer Flucht mit
einer zugeordneten Aufnahmeeinrichtung 6 liegt, die in
der stationären
Aufladestation 2 vorgesehen ist. Diese Aufnahmeeinrichtung 6 in
der Aufladestation 2 besitzt zwei Aufnahmeschächte zur
Aufnahme jeweils eines Wechselakkus. In 1 ist der
Aufnahmeschacht, welcher in einer direkten Flucht zur Aufnahmeeinrichtung 4 am
mobilen Gerät 3 liegt,
frei, wohingegen der zweite Aufnahmeschacht in der Aufnahmeeinrichtung 6 mit
einem zweiten Wechselakku 8 belegt ist. Die Aufnahmeeinrichtung 6 in
der Aufladestation 2 ist verschieblich ausgeführt und
kann zwischen der in 1 dargestellten Position in
Pfeilrichtung 7 in die in den 4 und 5 dargestellte
Position verschoben werden. Die Verschieberichtung gemäß Pfeilrichtung 7 liegt
quer zur Auswechselrichtung des Akkumulators 5 bzw. 8.
Die Verschiebung in Querrichtung der Aufnahmeeinrichtung 6 in
der Aufladestation 2 erfolgt zweckmäßig mittels eines automatisch
zu betätigenden
Stellgliedes.
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Für den Wechsel
der Akkumulatoren 5 bzw. 8 in den jeweiligen Aufnahmeeinrichtungen 4 bzw. 6 ist
an der Aufladestation 2 ein Greifarm 9 vorgesehen,
der in Pfeilrichtung 10 verschiebbar ist. Die Verschieberichtung
gemäß Pfeilrichtung 10 des
Greifarmes 9 liegt senkrecht zur Verschieberichtung der
Aufnahmeeinrichtung 6 in der Aufladestation 2 gemäß Pfeilrichtung 7.
Wie den Figuren zu entnehmen, ist der Greifarm 9 in der
Lage, den Wechselakku 5 in dem mobilen Gerät 3 zu
ergreifen, sofern der Wechselakku 5 in einer Flucht mit
dem leeren Aufnahmeschacht in der Aufnahmeeinrichtung 6 in
der Aufladestation 2 liegt. Dieses Ergreifen des Wechselakkus 5 ist
in 2 dargestellt. Nach dem Ergreifen wird der Wechselakku 5 aus
seiner Position im Schacht in der Aufnahmeeinrichtung 4 im
mobilen Gerät 3 durch eine
Betätigung
des Greifarmes 9 herausgezogen und in den leeren Aufnahmeschacht
in der Aufnahmeeinrichtung 6 in die Aufladestation 2 hineingezogen
(3).
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Die Überführungsbewegung
wird durch eine Schienenführung
unterstützt,
die Führungsschienen 11 in
der Aufnahmeeinrichtung 6 umfasst. Diese Führungsschienen 11 bestehen
aus zwei einzelnen, spitz bzw. konisch zulaufenden Schienen, die
in jedem der beiden Aufnahmeschächte
in der Aufnahmeeinrichtung 6 angeordnet sind. Die spitz
zulaufende Seite der Führungsschienen 11 ist
hierbei der Einschuböffnung
in der Aufnahmeeinrichtung 6 zugewandt.
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Mit
den Führungsschienen 11 wirken
Kontaktschienen 12 zusammen, die an der Unterseite jedes
Wechselakkus 5 bzw. 8 angeordnet sind. Diese Kontaktschienen 12 umfassen
zwei zusammengesetzte, konische Abschnitte, die sich zu ihrer jeweiligen
freien Stirnseite hin erweitern. Der sich erweiternde Abschnitt
in den Kontaktschienen 12 wirkt hierbei nach Art eines
Fangmaules und umgreift beim Wechsel des Akkumulators zwischen mobilem
Gerät und
Aufladestation die spitz zulaufenden Führungsschienen 12.
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Auch
in der Aufnahmeeinrichtung 4 im mobilen Gerät 3 sind
Führungsschienen
vorgesehen, die mit dem Bezugzeichen 13 gekennzeichnet
sind. Diese Führungsschienen 13 besitzen
die gleiche Funktion und den gleichen Aufbau wie die Führungsschienen 11 in
der korrespondierenden Aufnahmeeinrichtung 6 in der Aufladestation 2.
Die Führungsschienen 13 in
der Aufnahmeeinrichtung 4 erleichtern den Einschub eines
Wechselakkus 5 bzw. 8 von der Aufladestation 2 in
das mobile Gerät 3.
Die Kontaktschienen 12 an der Unterseite eines jeden Wechselakkus besitzen
aufgrund ihrer doppelten, konischen Ausführung mit Erweiterung im Bereich
jeder Stirnseite die Möglichkeit,
beim Wechsel in beide Richtungen, also sowohl vom mobilen Gerät 3 zur
Aufladestation 2 als auch umgekehrt, die jeweiligen Führungsschienen 11 in
der Aufladestation 2 bzw. 13 im mobilen Gerät 3 zu
umgreifen, wodurch eine Stabilisierung und Justierung des jeweiligen
Wechselakkus 5 bzw. 8 erreicht wird.