用于在交通工具与流体或能量分配系统之间建立连接的连接装置的制作方法

本发明总体涉及一种用于在交通工具与流体或能量分配系统之间建立连接的连接装置。本发明进一步涉及一种包括这种连接装置的连接系统。

背景技术：

在本说明书的上下文中，交通工具是用于在陆地、水上或空中运载或运输人员、货物和/或设备的移动装置。典型的交通工具例如是陆地交通工具(例如：汽车、卡车、客车、可移动的工作机器……)、轨道引导交通工具(例如：火车、有轨电车、起重机……)、水上交通工具(例如：轮船、船艇、渡轮、潜艇……)、空中交通工具(例如：飞机)。

wo2004/099061披露了一种碳氢化合物转移系统，该系统包括铰接臂机构，该铰接臂机构承载用于连接到浮式结构上的可释放连接器。基本上竖直的第一臂，其后端经由一对第一铰接件连接到支撑结构上。基本上水平的第二臂经由一对第二铰接件以其后端连接到第一臂的前端上。第一铰接件和第二铰接件中的每一个提供三个旋转自由度，标识为俯仰、横滚和偏转。第二臂的前端经由具有三个旋转自由度的铰接件来承载该可释放连接器。提供配重和阻尼装置以便能够更容易地控制第二臂围绕由将第一臂连接到第二臂上的一对第二铰接件限定的水平轴线的枢转移动(俯仰)。

本发明的一个目的是提供一种用于在交通工具与流体或能量分配系统之间建立连接的连接装置，其中，该装置应当具有紧凑、坚固且具有成本效益的设计，在连接操作期间应当易于控制和/或即使在大的不对准的情况下也应当确保可靠的连接，和/或应当在连接到连接装置上的同时容忍交通工具的小的移动。

本发明的另一个目的是提供一种连接装置，该连接装置最适合于在水上交通工具与流体或能量分配系统之间建立连接。

技术实现要素：

根据本发明，一种用于在交通工具与流体或能量分配系统之间建立连接的连接装置包括：主支撑结构；连接器头，用于可释放地连接到该交通工具的连接设施上；支撑梁，该支撑梁具有纵向轴线、支撑该连接器头的前端和后端；支撑机构，该支撑机构将该后端支撑在该主支撑结构中，使得该支撑梁可沿其纵向轴线移动并且具有垂直于其纵向轴线的两个平移自由度；以及铰接件，该铰接件具有三个旋转自由度，该铰接件连接在该支撑梁的该前端与该连接器头之间。应当理解，连接装置可以具有紧凑、坚固且具有成本效益的设计，并且即使在大的不对准的情况下也确保可靠的连接，并且在连接到该连接装置的同时容许交通工具的小的移动。最后但并非最不重要，与wo2004/099061中披露的碳氢化合物转移系统相比，所提出的连接装置极大地简化了在连接操作过程中对联接头的轨迹的控制。

将该支撑梁支撑在该主支撑结构中的支撑机构的特别紧凑、坚固且具有成本效益的实施例包括三维平行四边形机构，该三维平行四边形机构具有由该主支撑结构支撑的固定后端链接件和支撑该支撑梁的可移动前端链接件，从而当该前端链接件向上或向下或向左和向右从原始位置移出时，该支撑梁保持与其自身平行。该原始位置有利地由弹簧和重力限定。

在该优选实施例中，该三维平行四边形机构的该前端链接件以悬臂方式支撑长形引导结构，其中，该支撑梁的该后端由该长形引导结构引导，使得该支撑梁可沿其纵向轴线以被引导的方式移动。该长形引导结构有利地被设想为一种引导通道，该支撑梁的该后端滑动地接收在该引导通道中。为了实现平滑的被引导移动，该支撑梁的该后端有利地包括在该长形引导结构的轨道中引导的轮子。通常，该装置进一步包括可反向驱动器，用于驱动该支撑梁沿该长形引导结构的向前移动和向后移动。这种驱动器有利地是线性驱动器，优选地链条驱动器，更优选地具有伺服或步进电动机的环形链条驱动器。

连接在该支撑梁的该前端与该连接器头之间的该铰接件有利地是具有三个旋转自由度的万向接头。这些旋转自由度中的两个的旋转轴线优选地垂直于该支撑梁的该纵向轴线，其中，该第三旋转自由度的旋转轴线平行于该支撑梁的该纵向轴线。

这种万向接头的优选实施例包括：内环，该内环具有间隔180°的两个内环枢轴和两个内环槽状孔，该两个内环槽状孔周向地延伸并且定位成与该两个内环枢轴成90°；外环，该外环具有间隔180°的两个外环枢轴和两个外环槽状孔，该两个外环槽状孔周向地延伸并且定位成与该两个外环枢轴成90°。该外环围绕该内环安装，使得两个环与共同的中心轴线同轴并且可以围绕该共同的中心轴线相对于彼此旋转。这些内环枢轴在这些外环槽状孔中被周向地引导，并且这些外环枢轴在这些内环槽状孔中被周向地引导。因此，该外环和该内环配合以提供第一旋转自由度。这些外环枢轴和这些内环枢轴与该支撑梁的该前端和该连接器头配合以限定另外两个旋转自由度。应当理解，这是连接在该支撑梁的该前端与该连接器头之间的该铰接件的特别紧凑、坚固且具有成本效益的实施例。

连接在该支撑梁的该前端与该连接器头之间的该铰接件的该三个旋转自由度中的每一个优选地被机械地限制为小于+/-10°，优选地限制为小于+/-6°，更优选地在+/-3°至+/-6°的范围内。此类旋转自由度通常足够重要，以确保该连接器头的取向可以补偿在连接操作过程中的角度不对准，并且在该连接装置连接到该交通工具的该连接设施上的同时容许该交通工具的角度移动(横滚、俯仰和偏转)。这些角度移动也足够小，以避免在连接操作过程中阻挡该连接器头。如果需要更大的旋转自由度，则建议为该连接器头提供弹簧居中的原始位置。

应当理解，如果要建立连接的交通工具是轮船，则所提出的装置特别令人感兴趣。除其他之外，这是由于该装置毫无问题地容许要与其连接的轮船的小的平移和角度移动的事实。

如果要建立连接的交通工具是轮船，则所提出的装置有利地进一步包括支撑该主支撑结构的浮体。

在优选实施例中，该连接器头包括：前侧；安排在该前侧上的连接器或连接器布置；以及围绕该连接器或该连接器布置对称地安排的至少四个引导辊或四个引导辊布置，和/或围绕该连接器或该连接器布置安排的两个引导销或两个引导管或一个引导销和一个引导管。

一种用于在交通工具与流体或能量分配系统之间建立连接的连接系统，包括：如以上指定的连接装置；以及该交通工具上的漏斗形连接设施。为了在该交通工具与该流体或能量分配系统之间建立连接，该连接器头被引入到该漏斗形连接设施中。

在该连接系统的优选实施例中，该漏斗形连接设施具有入口区段，该入口区段具有包括四个表面的截头金字塔形状，这些表面中的每一个能够与该连接器头上的该四个引导辊中的一个或该四个引导辊布置中的一个配合以使该连接器头在该漏斗形连接设施中居中。

在该连接系统的另一个优选实施例中，该漏斗形连接设施具有至少一个引导销，该引导销与该连接器头上的引导管和/或跟该连接器头上的引导销配合的至少一个引导管配合。

附图说明：

参考本发明的优选实施例的以下描述并参考附图将更好地理解本发明的前述和其他特征、方面以及优点，在附图中：

图1：是展示用于在交通工具与流体或能量分配系统之间建立连接的装置的示意性正视图；

图2：是展示图1的装置的示意性俯视图；

图3：是示出连接器头的优选实施例的三维视图；

图4：是示出交通工具上的连接设施的优选实施例的三维视图，该连接设施被设计用于与图3的连接器头配合；

图5：是具有三个旋转自由度的支撑连接器头的铰接件的三维视图；并且

图6：是以非常概略表示的方式示出连接到轮船上的图1的装置的侧视图。

具体实施方式

图1和图2示出连接装置，总体上用附图标记10标识，该连接装置以概略的方式绘制，以便更好地展示在该装置中实现的不同机械概念。这种装置10用于在以穿过其外壁12的截面表示的交通工具(在下文中，附图标记12同样也将用于标识交通工具)与由矩形14示意性地表示的电能或流体分配系统之间建立连接。

虽然该装置10专门开发用于将电动渡轮连接到电力分配系统上以用于给渡轮的电池再充电，但是交通工具12也可以是：陆地交通工具(例如：汽车、卡车、客车、可移动的工作机器……)；有轨道的交通工具(例如：火车、有轨电车、起重机……)；水上交通工具(例如：轮船、船艇、潜艇……)；或者空中交通工具(例如：飞机)。

该交通工具要连接的分配系统14也可以是用于以下各项的分配系统：液体(例如：水、液态燃料、液压油或由交通工具运输的任何液体)；气体(例如：加压空气、气态燃料或由交通工具运输的任何气体)；或者甚至是可气动或液压输送的固体/流体或固体/气体混合物。

连接装置10包括外壳体和主支撑结构16，其有利地包括保护内部机构免受恶劣环境影响的封闭壳体。在图1中，该封闭壳体16的侧壁被示出为透明的壁，使得可以看到壳体内部；在图2中，壳体的顶壁也是如此。附图标记18总体上标识连接器头，用于可释放地连接到交通工具壁12中的连接设施20上。该连接器头18被支撑在支撑梁22的前端，该支撑梁具有纵向轴线24。支撑梁22的后端借助于机构26支撑在主支撑结构16中，该机构向支撑梁22提供垂直于其纵向轴线24的两个平移自由度x、y。(在图1和图2所示的坐标系x、y、z中，假定参考轴线x是竖直的，重力作用在参考轴线x的相反方向上。)

在优选实施例中，机构26包括三维平行四边形机构。该机构具有由主支撑结构16形成(相应地由其支撑)的固定的后端链接件或框架链接件28，并且具有由前板30形成的可移动的前端链接件。全部具有相同长度的四个平行的连接链接件32i(i＝1至4)将可移动的前板30连接到后端链接件28上，其中，各自具有两个旋转自由度的八个万向接头34i(i＝1至8)在平行的连接链接件32i与前板30之间形成四个接头，相应地在平行的连接链接件32i与后端链接件28之间形成四个接头。因此，前板30可以竖直地上下(即平行于参考轴线x)移动并且向左和向右侧向(即平行于参考轴线y)移动，其中，三维平行四边形机构26确保可移动的前板30始终与其自身平行。

在上连接链接件321、322与外壳体16之间连接有两个悬挂弹簧361、362，以便弹性地抵抗前板30的向下和侧向移动。在垂直于图1的平面的截面中，可以看到两个弹簧361、362的中心轴线不是完全竖直的，而是它们略微向彼此倾斜，并且这些轴线的相交顶点位于平行四边形机构26的下方。重力沿参考轴线x的相反方向向下推动前板30。前板30具有中心原始位置，在该位置中，悬挂弹簧361、362补偿重力。当前板30在该中心原始位置上方移动时，悬挂弹簧361、362被绕过(即，它们不再轴向地接合支撑杆37)，使得仅重力负责将其推回到中心原始位置。当前板30在其中心原始位置下方移动时，两个悬挂弹簧361、362将其推回到中心原始位置。应当理解，这是一种非常有效、便宜且坚固的设计，用于确保弹簧居中的原始位置，但是当然也可以使用两个以上的弹簧来实现类似的结果。代替连接到上连接链接件321、322上，弹簧361、362也可以连接到下连接链接件323、364或前板30上。代替使用如图所示的拉伸弹簧(这些拉伸弹簧通过作用在三维平行四边形机构26上的力而延伸)，也可以使用压缩弹簧(这些压缩弹簧通过作用在三维平行四边形机构26上的力而压缩)或者与万向接头34i中的一个或多个相关联的扭转弹簧(这些扭转弹簧通过作用在三维平行四边形机构26上的力产生的扭矩而扭曲)。

前板30以悬臂方式将长形引导结构38支撑在四个平行的连接链接件32i之间的空间中。因此，三维平行四边形机构26确保长形引导结构38可以竖直地上下移动(即，平行于参考轴线x的移动)并且向左和向右侧向移动(即，平行于参考轴线y的移动)，同时始终保持与自身平行(即，平行于参考轴线z)。在长形引导结构38中，支撑梁22的后端被引导成是以沿其纵向轴线24、即平行于参考轴线z的平移移动单独地可移动的。在优选实施例中，长形引导结构38具有引导通道38的形式，支撑梁22的后端滑动地接收在该引导通道中。为了实现支撑梁22沿其纵向轴线24的平滑线性引导，支撑梁22的后端优选地配备有在两对轨道42中引导的两对轮子40，但是不排除具有或不具有轮子和/或轨道的其他类型的引导系统。为了使支撑梁22沿其纵向轴线24平行于参考轴线z向前和向后移动，将支撑梁22连接到可反向线性驱动器44，优选地配备有可反向马达46(优选地伺服电动机或步进电动机)的环形链条驱动器。替代性地，可反向马达也可以安装在支撑梁22上并且配备有与齿轨或链条接合的齿轮，该齿轨或链条固定在引导通道38上。作为另一个替代方案，线性马达可以用于驱动支撑梁22。

前板30被安排在外壳体16中的前开口48后方。通过该前开口48，支撑梁22可以沿参考轴线z的方向将连接器头18推出壳体16，或者使该连接器头缩回到外壳体16的前部腔室50中。当不使用装置10时，支撑梁22完全缩回，其中，连接器头18位于前部腔室50中，然后该前部腔室有利地借助于例如滑动门、舱口或卷帘(未示出)封闭。在图1和图2中，支撑梁22被示出为向前移动最大可能行程的大约一半并且处于前开口48的中心位置，该中心位置对应于以上描述的前板30的中心原始位置。

仍然参考图1和图2，附图标记52标识连接在支撑梁22的前端与连接器头18之间的具有三个旋转自由度的铰接件。铰接件52的这三个旋转自由度中的每一个优选地被机械地限制为小于+/-10°，优选地限制为小于+/-6°，更优选地在+/-3°至+/-6°的范围内。铰接件52的三个旋转自由度中的任何一个或全部可以具有但不必具有弹簧居中的原始位置。

图5示出这种铰接件52的优选实施例，该铰接件连接在支撑梁22的端板58与连接器头18的基板54之间。在该实施例中，铰接件52是具有三个旋转自由度的万向接头52。该万向接头52包括：内环58，该内环具有间隔180°的两个内环枢轴60和两个内环槽状孔62，该两个内环槽状孔在内环58中周向地延伸并且定位成与两个内环枢轴60成90°；以及外环64，该外环具有间隔180°的两个外环枢轴66和两个外环槽状孔68，该两个外环槽状孔在外环64中周向地延伸并且定位成与两个外环枢轴66成90°。外环64围绕内环58安装，使得两个环58、64与共同的中心轴线同轴并且可以相对于彼此旋转。内环枢轴60在外环槽状孔68中被周向地引导，并且外环枢轴66在内环槽状孔62中被周向地引导，由此万向接头提供围绕两个环58、64的所述共同中心轴线的旋转自由度。该第一旋转自由度的最大幅度由槽状孔62、68的长度限定。通过其外环枢轴66，外环64可枢转地支撑在支撑梁22的端板58的支架70中。这提供了第二旋转自由度。通过其内环枢轴60，内环58可枢转地支撑在连接器头18的基板54的支架72中。这提供了第三旋转自由度。应当理解，这是铰接件52的非常坚固且廉价的实施例，该实施例在本申请中提供了完整的满意度，但是当然不排除铰接件52的其他实施例。

图3示出连接器头18的优选实施例。具有几个接触元件76的电连接器74居中地安排在基板54的前侧上。(图3所示的单个电连接器74当然可以由几个电连接器的布置代替。)四个引导辊78i对称地安排在连接器74周围，其中，连接器74居中地定位在引导辊78i之间。(单个引导辊78i中的每一个当然可以由多个引导辊的布置代替。)附图标记801、802标识两个引导管，它们也相对于中心连接器74对称地安排。在阅读了图4的描述之后，将更好地理解引导辊78i和引导管80i的功能。

现在参考图4，该图示出安排在交通工具12上的连接设施20的优选实施例。该连接设施20包括入口漏斗82，该入口漏斗具有截头金字塔的形状，并且具有入口开口84和四个倾斜壁86i(i＝1至4)。四个倾斜壁86i成对地基本平行于参考轴线x和y。该入口漏斗82通向连接器室88，该连接器室由四个侧向壁90i和基板92界定。四个侧向壁90i垂直于基板92，并且成对地基本上垂直于参考轴线x和y。(基板92基本上垂直于参考轴线z。)电连接器94从基板92突出。该电连接器94与连接器头18上的电连接器74机械地且电气地互补，使得两个连接器74、94可以轴向插接在一起以形成临时电连接。

替代性地，连接设施20可以配备有电连接器的布置，在这种情况下，这些电连接器与由连接器头18支撑的电连接器的布置机械地且电气地互补，使得两种布置的连接器可以轴向地插接在一起以形成临时电连接。仍然需要注意的是，图3和图4所示的插头和插座连接器74、94当然可以由任何其他类型和数量的电插头和插座连接器(即，通过可以轴向插接在一起的连接器)代替。此外，它们还可以由可以轴向地插接在一起的气体和/或流体连接器代替或补充。

附图标记961和962标识两个引导销，它们相对于电连接器94对称地安排并且与连接器头18上的引导管801和802互补。当不使用连接设施20时，可以设置滑动门、舱口或卷帘(未示出)以封闭入口漏斗82，或者替代性地，连接器室88的前开口。

为了建立与交通工具12的连接，连接器头18必须通过支撑梁22在参考轴线z的方向上的轴向向前移动而被带入入口漏斗82的入口开口84中。如果当它穿透到入口漏斗82中时，连接器头18未与入口漏斗82完全对准，则引导辊78i中的第一个将接触平行于参考轴线x(相应地平行于参考轴线y)的两个倾斜壁86i中的一个。当连接器头18更深地穿透到入口漏斗82中时，与该第一引导辊78i接触的倾斜壁86i将沿参考轴线y(相应地参考轴线x)的方向推动连接器头18朝向入口漏斗82的中心，其中，支撑梁22将跟随该平移移动，这是由于该支撑梁沿参考轴线y(相应地沿参考轴线x)的平移自由度，并且因此保持与其自身平行。随着连接器头18进一步穿透到入口漏斗82中，引导辊78i中的第二个将接触平行于参考轴线y(相应地平行于参考轴线x)的两个倾斜壁86i中的一个。当连接器头18更进一步地前进到入口漏斗82中时，与该第二引导辊78i接触的倾斜壁86i将沿参考轴线x(相应地参考轴线y)的方向推动连接器头18朝向入口漏斗82的中心，其中，支撑梁22将跟随该平移移动，这是由于该支撑梁沿参考轴线x(相应地沿参考轴线y)的平移自由度，并且因此保持与其自身平行。因此，连接器头18将被倾斜壁86i推到连接器室88中。该连接器室88的横截面的尺寸仅略大于在垂直于纵向轴线24(或参考轴线z)的平面中精确地围绕四个引导辊78i的矩形的尺寸，以确保连接器头18毫无问题地进入连接器室88，但仍然在其中充分居中以实现快速的连接进程。具体地，当连接器头18穿透到连接器室88中时，连接器头18在连接器室88中的居中必须足以确保引导销961、962以其锥形端部穿透到引导管801、802中。然后，在电连接器74与电连接器94进行机械接触之前，引导销961、962的锥形端部将提供对连接器头18在连接器室88中的居中的微调。

铰接件52的三个旋转自由度允许补偿连接器头18上和连接器室88中的匹配零件之间的角度不对准。由于铰接件52的三个旋转自由度，因此一旦引导销961、962充分穿透到引导管801、802中，连接器头18上的与连接器室88中的零件匹配的零件之间的所有初始角度不对准实际上将消失。一旦引导销961、962已经完全接合引导管801、802，连接器头18就将在参考轴线x和y的方向上被牢固地阻挡在连接器室88中。如果交通工具12(例如在轮船的情况下)在其连接到连接装置10的过程中经受小的竖直和/或水平移动，则支撑梁22可以容易地跟随这些移动，这是由于该支撑梁的垂直于其纵向轴线24的两个平移自由度。在交通工具12连接到连接装置10的过程中，该交通工具的小的角度移动(即横滚、俯仰和偏转)将在铰接件52中被吸收，使得它们将不会影响支撑梁22。

应当注意，代替在连接器头18上具有两个引导管80i以及在连接器室88中具有两个引导销96i，也可以在连接器头18上具有两个引导销以及在连接器室88中具有两个引导管，或者在连接器头18上和连接器室88中具有一个引导管和一个引导销。此外，虽然引导管80i是用于与引导销96i配合的优选解决方案，但不排除仅利用连接器头18或连接器室88的结构元件中的钻孔来代替这种引导管80i。最后，代替或除了在引导销上具有锥形端部，还可以具有带漏斗形入口区段的引导管80i。

再次参考图1，应当注意，附图标记98标识控制器，该控制器控制马达46，并且更具体地，控制它的旋转方向、它的速度以及在连接器头18的向前和向后移动过程中产生的马达扭矩(或马达力，在线性马达的情况下)。以低的马达扭矩(力)极限高速进行向前移动(即，朝向交通工具的移动)。最终，当连接器头18进入入口漏斗82中时，速度降低，而马达扭矩(力)极限保持为低的。在第一次接合引导销96i时，马达扭矩(力)极限增加。在连接过程中，当交通工具12在参考轴线z的方向上存在小的移动时，马达46将连续地产生足以防止拔出的马达扭矩(力)。为了开始向后移动，将使旋转方向反转，并且将设定高的马达扭矩(力)以用于拔出，此后以低的马达扭矩(力)极限高速进行返回移动。一旦连接器头18靠近前开口48，速度将降低，而力极限保持为低的。

图6是图1和图2的连接装置10的概略表示，该连接装置连接到轮船100的船体中的连接设施20上，该轮船被系泊到船坞102上。在该实施例中，连接装置10安装在浮体104上，该浮体通过铰接链接机构106连接到船坞102上。该铰接链接机构106有利地是平行于竖直平面的平行四边形机构，使得浮体104可以跟随水位108，其中，该水位的上表面始终保持水平。因此，当水位108改变时，连接装置10和轮船100都跟随水位108，其中，连接装置10相对于轮船100的船体中的连接设施20保持在相同的高度处。

为了能够补偿连接设施20的高度相对于水位108的较大差异(例如，在不同的轮船尺寸或具有不同压载条件的相同轮船尺寸的情况下)，连接装置10可以借助于高度可调的辅助支撑结构110而被支撑在浮体104上。替代性地或另外，浮体104还可以配备有压载舱(未示出)，该压载舱可以填充有更多或更少的水并且被抽空，以便将连接装置10的高度调整到水位108上方。此外，代替固定到船坞102，铰接链接机构106当然可以固定到沿船坞102移动的交通工具(未示出)，具体地轨道引导的交通工具。最后，如果轮船、具体地渡轮借助于带有主销或类似物的坡道连接到船坞102上以便将渡轮保持在适当位置，则连接装置10当然可以直接支撑在该坡道上。

附图标记列表