Verriegelungsvorrichtung für eine elektrische Ladevorrichtung eines

Kraftfahrzeuges

Die Erfindung betrifft eine Verriegelungsvorrichtung für eine elektrische Lade vorrichtung eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eines Elektro- oder Hybrid kraftfahrzeuges, mit einem verfahrbaren Riegelelement, das dazu vorgesehen ist, einen Ladestecker in einer Ladesteckdose der elektrischen Ladevorrichtung lösbar zu verriegeln, und mit einem motorischen Antrieb zur Verstellung des Riegelelementes.

Akkumulatoren von Elektro- oder Hybridkraftfahrzeugen müssen regelmäßig mit elektrischer Energie versorgt werden. Das geschieht unter Rückgriff auf eine Ladeinfrastruktur, zu welcher typischerweise Ladesäulen gehören. Für den Ladevorgang mit elektrischer Energie wird der Ladestecker der Ladesäule im Allgemeinen mit einer kraftfahrzeugseitigen Ladesteckdose gekoppelt und lösbar verriegelt. Die Verriegelung ist erforderlich, um beispielsweise Gesundheitsgefährdungen zu vermeiden, da an dieser Stelle im Allgemeinen mit Hochspannung gearbeitet wird. Außerdem stellt die Verriegelung sicher, dass ausschließlich zuvor identifizierte Benutzer die von der Ladesäule zur Verfügung gestellte Energie auch rechtmäßig beziehen und Missbrauch verhindert wird. Zu diesem Zweck findet meistens vor einem solchen Ladevorgang eine Identifizierung des Bedieners und eine Berechtigungsprüfung mit Hilfe eines Identifikationssignals statt, wie dies grundsätzlich in der WO 2010/149426 A1 beschrieben wird.

Die Verstellung des Riegelelementes wird im Stand der Technik nach der CN 2020695855 U mit Hilfe eines elektromotorischen Antriebes vorgenommen. Der elektromotorische Antrieb setzt sich seinerseits aus einem Elektromotor und einem nachgeschalteten mehrstufigen Getriebe zusammen. Das mehrstufige Getriebe arbeitet über einen Nocken auf das Riegelelement. Darüber hinaus sind vergleichbare Lösungen im gattungsbildenden Stand der Technik nach der DE 10 2011 010 809 A1 bekannt. An dieser Stelle ist eine Verriegelungsvorrichtung realisiert, die mit einem mechanischen Riegel arbeitet. Der mechanische Riegel kann elektromotorisch betrieben werden. Auf diese Weise greift der mechanische Riegel in Nuten im Ladestecker ein und sorgt so dafür, dass der Stecker bzw. Ladestecker mit Hilfe der Verriegelungseinrichtung im Innern der Ladesteckdose verriegelt wird.

Eine ähnliche Lösung wird in der DE 10 2009 030 092 A1 beschrieben. Auch in diesem Fall ist ein Stecker vorgesehen, der in einer Buchse verriegelt werden kann. Über den Stecker bzw. Ladestecker lässt sich auch eine Identifikation des Benutzers erreichen. Außerdem sind Verriegelungsmittel vorgesehen, mit deren Hilfe der Ladestecker in der Ladesteckdose der Ladestation verriegelt werden kann. Für den Antrieb der Verriegelungsmittel sorgt ein elektromotorischer Antrieb.

Auf diese Weise lassen sich zumindest und ganz grundsätzlich die beiden Positionen „entriegelt“ und „verriegelt“ des Riegelelementes realisieren und vorgeben. In der Position „entriegelt“ des Riegelelementes kann der Lade stecker von der Ladesteckdose entfernt werden. Die Position„verriegelt“ stellt demgegenüber sicher, dass der Ladestecker gegenüber der Ladesteckdose verriegelt und gesichert ist. Diese Position wird typischerweise erst dann eingenommen, wenn eine zuvor vorgesehene Benutzeridentifikation erfolgreich absolviert worden ist und auch die Bezahlung der entnommenen elektrischen Energie sichergestellt ist. Erst dann wird der Ladevorgang gestartet, nachdem das Riegelelement dafür gesorgt hat, dass der Ladestecker gegenüber der Ladesteckdose verriegelt worden ist.

Die nachfolgenden Erwägungen gehen davon aus, dass die Ladesteckdose kraftfahrzeugseitig vorgesehen ist und der im Allgemeinen über eine elektrische Verbindungsleitung mit der Ladesäule gekoppelte Ladestecker mit der kraftfahrzeugseitigen Ladesteckdose gekoppelt und gegenüber dieser lösbar verriegelt wird. Grundsätzlich ist es natürlich auch möglich, dass die Lade steckdose an der Ladesäule realisiert ist und das betreffende Elektro- oder Hybridkraftfahrzeug mit einer eigenen elektrischen Verbindungsleitung mit endseitigem Ladestecker gegenüber der Ladesteckdose an der Ladesäule verriegelt wird. Im Allgemeinen wird jedoch mit einer kraftfahrzeugseitigen Ladesteckdose gearbeitet, in welche der an die Ladesäule angeschlossene Ladestecker lösbar eingreift und gegenüber dieser verriegelt wird.

Die kraftfahrzeugseitige Ladesteckdose muss zu diesem Zweck zusammen mit dem motorischen Antrieb und dem Riegelelement an einer Karosserie eines Kraftfahrzeuges montiert werden. Das geschieht typischerweise im Bereich einer Karosserieöffnung. Zu diesem Zweck werden beispielsweise elektrische Zuleitungen für den motorischen Antrieb ausgehend vom Bordnetz bis hin zum motorischen Antrieb verlegt. Die elektrischen Zuleitungen sind dabei im Allgemeinen als Bestandteil eines ohnehin im Kraftfahrzeug verbauten Kabel baumes ausgelegt. Als Folge hiervon gestalten sich der Ein- und Zusammenbau, also generell die Montage der Verriegelungsvorrichtung und insbesondere der Ladesteckdose inklusive Riegelelement sowie ihre elektrische Kontaktierung teilweise schwierig und zeitaufwändig. Hier will die Erfindung insgesamt Abhilfe schaffen.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine derartige Verriegelungsvorrichtung für eine elektrische Ladevorrichtung eines Kraftfahr zeuges so weiter zu entwickeln, dass der Einbau und die Montage einfach und schnell vonstattengehen.

Zur Lösung dieser technischen Problemstellung ist eine gattungsgemäße Verriegelungsvorrichtung für eine elektrische Ladevorrichtung eines Kraftfahr zeuges im Rahmen der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass der motorische Antrieb als Bestandteil eines mit einem Lademodul im Zuge der Montage verbindbaren modulartigen Verriegelungsaktuators ausgebildet ist. Erfindungsgemäß umfassen die elektrische Ladevorrichtung des Kraftfahrzeuges und insbesondere Elektro- oder Hybridkraftfahrzeuges also ganz grundsätzlich und zunächst einmal das verfahrbare Riegelelement, die Ladesteckdose und den motorischen Antrieb zur Verstellung des Riegelelementes. Der Verriegelungsaktuator umfasst dabei vorteilhaft neben dem motorischen Antrieb zusätzlich das Riegelelement. Auf diese Weise setzt sich die elektrische Ladevorrichtung des Kraftfahrzeuges im Rahmen der Erfindung einerseits aus dem Lademodul und andererseits dem Verriegelungsaktuator zusammen, die im Zuge der Montage miteinander gekoppelt werden. Während das Lademodul überwiegend die Ladesteckdose aufweist, umfasst der Verriegelungsaktuator im Allgemeinen den motorischen Antrieb und das Riegelelement.

Darüber hinaus ist der motorische Antrieb vorzugsweise mit dem Elektromotor und meistens noch einem daran angeschlossenen Getriebe zur Beauf schlagung des Riegelelementes ausgerüstet. Mit Hilfe des Getriebes wird im Allgemeinen eine schnelle Drehbewegung ausgangsseitig einer Abtriebswelle des Elektromotors in eine langsame Linearbewegung des Riegelelementes umgewandelt. Denn das Riegelelement wird meistens zur Einnahme der Positionen„entriegelt“ und„verriegelt“ in Linearrichtung bewegt.

Um die Drehbewegung der schnelllaufenden Abtriebswelle des Elektromotors in die entsprechende Linearbewegung des Riegelelementes umzuwandeln, kann das Riegelelement mit einer Gabelaufnahme für einen hierin eingreifenden Zapfen als Bestandteil eines Kurbeltriebes oder allgemein als Bestandteil des an den Elektromotor angeschlossenen Getriebes zur Beaufschlagung des Riegelelementes ausgerüstet sein. Das gilt selbstverständlich nur beispielhaft und ist keineswegs einschränkend.

Von besonderer Bedeutung für die Erfindung ist nun der Umstand, dass das im Allgemeinen den motorischen Antrieb und zusätzlich das Riegelelement umfas sende Verriegelungsaktuator mit Steckkontakten ausgerüstet ist. Die Steckkontakte greifen im Zuge der Montage des Verriegelungsaktuators am Lademodul in zumindest eine zugehörige Steckbuchse im Lademodul ein. Grundsätzlich kann auch umgekehrt verfahren werden. In diesem Fall ist nicht der Verriegelungsaktuator mit Steckkontakten ausgerüstet, sondern vielmehr mit der Steckbuchse, welche dann in im Lademodul vorgesehene Steckkontakte eingreift. Die Steckbuchse ist ihrerseits meistens fest mit einer Leiterplatte oder Leiterplatine eines Steuergerätes der Ladesteckdose verbunden.

Im Allgemeinen wird jedoch so vorgegangen, dass der Verriegelungsaktuator die Steckkontakte aufweist. Dabei sind die Steckkontakte zusätzlich noch und vorteilhaft in einem Steckvorsprung eines Verriegelungsaktuatorgehäuses angeordnet. Auf diese Weise sorgen die Steckkontakte in Verbindung mit dem Steckvorsprung vorteilhaft dafür, dass sie die Steckverbindung zwischen dem Verriegelungsaktuator und dem Lademodul unterstützen oder sogar gänzlich definieren.

Außerdem wird hierdurch insgesamt sichergestellt, dass das Lademodul mit der darin typischerweise vorgesehenen Steckbuchse an der Karosserie des Fahr zeuges im Zuge der Montage festgelegt werden kann. Die Steckbuchse des Lademoduls lässt sich bei diesem Vorgang mit entsprechenden Zuleitungen des Kabelbaumes zur Versorgung mit der Bordnetzspannung verbinden. Zu dem Zweck wird typischerweise ein das Lademodul in seinem Innern aufnehmendes Lademodulgehäuse an der betreffenden Karosserie festgelegt. Hierzu mag eine Vormontage gehören. Erst im Zuge der Endmontage oder grundsätzlich der Montage wird das Lademodulgehäuse mit dem Verriegelungsaktuatorgehäuse gekoppelt bzw. findet die erfindungsgemäß verfolgte Steckverbindung zwischen dem Verriegelungsaktuator und dem Lademodul statt.

Das Verriegelungsaktuatorgehäuse haust im Allgemeinen den motorischen Antrieb vorzugsweise abgedichtet ein. Außerdem ist die Auslegung meistens so getroffen, dass das Riegelelement unter Zwischenschaltung einer Dichtung das Verriegelungsaktuatorgehäuse durchgreift. Auf diese Weise wird der modulhafte Charakter des Verriegelungsaktuators unterstützt bzw. zur Verfügung gestellt, weil das Verriegelungsaktuatorgehäuse den motorischen Antrieb in seinem Innern aufnimmt und vorzugsweise abgedichtet einhaust und im Übrigen das Riegelelement unter Zwischenschaltung der Dichtung das Verriegelungsaktuatorgehäuse durchgreift. Dadurch kann das Verriegelungsaktuatorgehäuse inklusive Riegelelement durch eine simplen Steckvorgang mit dem Lademodul bzw. dem zugehörigen Lademodulgehäuse gekoppelt werden.

Zu diesem Zweck sind beide Gehäuse mit Füge- und/oder Verbindungshilfs mitteln ausgerüstet. Hierbei kann es sich um Bohrungen oder Durchgangs löcher in den jeweiligen Gehäusen handeln, durch welche Schrauben hindurch geführt werden. Zusätzlich sind auch Führungen vorstellbar. Auf diese Weise wird die Steckverbindung zwischen den Steckkontakten und der Steckbuchse unterstützt bzw. realisiert.

Das unter Zwischenschaltung der Dichtung das Verriegelungsaktuatorgehäuse durchgreifende Riegelelement fährt zugleich in eine Öffnung im Lademodulgehäuse und folglich auch in der Ladesteckdose ein. Auf diese Weise kann das Riegelelement je nach seiner Position „verriegelt“ oder „entriegelt“ unmittelbar den in die Ladesteckdose eingesteckten Ladestecker verriegeln.

Das alles gelingt unter Berücksichtigung einer optimierten Fertigung und eines zeitverbesserten Montagevorganges. Denn das Lademodul bzw. das Lade modulgehäuse wird typischerweise an der Karosserie des Fahrzeuges bzw. Kraftfahrzeuges zunächst festgelegt und elektrisch mit dem Bordnetz verbunden. Erst im Zuge der Montage bzw. Endmontage wird dann das Lademodulgehäuse mit dem Verriegelungsaktuatorgehäuse gekoppelt. Für die steckbare Kopplung zwischen dem Lademodulgehäuse und dem Verriegelungsaktuatorgehäuse sorgen einerseits die in die Steckbuchse im Lademodul eingreifenden Steckkontakte des Verriegelungsaktuators und andererseits die miteinander wechselwirkenden Füge- und/oder Verbindungs hilfsmittel.

Dadurch findet eine einwandfreie Zentrierung und Ausrichtung des Verriege lungsaktuators gegenüber dem Lademodul statt und wird sogleich bei dem Steckvorgang eine beschädigungsfreie Kontaktierung dergestalt zur Verfügung gestellt, dass die Steckkontakte am Verriegelungsaktuator in die zugehörige Steckbuchse im Lademodul ohne beispielsweise Abknicken eingreifen.

Hierdurch wird zugleich die erforderliche elektrische Verbindung des im Verriegelungsaktuator vorgesehenen motorischen Antriebs mit dem Bordnetz zur Verfügung gestellt, so dass die Verriegelungsvorrichtung im Anschluss an den beschriebenen Montagevorgang unmittelbar einsatzfähig ist. Das alles gelingt unter Berücksichtigung einer vereinfachten und zeitsparenden Montage. Hierin sind die wesentlichen Vorteile zu sehen.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 bis 3 unterschiedliche Phasen eines Montagevorganges der erfindungs gemäßen Verriegelungsvorrichtung und

Fig. 4 der Verriegelungsaktuator als Bestandteil der Verriegelungs vorrichtung perspektivisch.

In den Figuren ist eine Verriegelungsvorrichtung für eine elektrische Ladevor richtung 1 , 3, 4, 5 eines nicht näher dargestellten Kraftfahrzeuges dargestellt. Bei dem Kraftfahrzeug kann es sich um ein Elektro- oder Hybridkraftfahrzeug handeln. Die nachfolgend noch im Detail zu beschreibende elektrische Lade vorrichtung 1 , 3, 4, 5 mag beispielsweise im Bereich einer Öffnung einer Karosserie des Kraftfahrzeuges montiert werden. Eine Ladesteckdose 3, die auch Inlett genannt wird, kann beispielsweise hinter einer Ladeklappe im Kraftfahrzeug angeordnet sein, so dass die Ladesteckdose 3 für einen Bediener leicht zugänglich ist.

Die kraftfahrzeugseitig realisierte elektrische Ladevorrichtung 1 , 3, 4, 5 verfügt zunächst einmal über ein verfahrbares Riegelelement 1 , welches man insbesondere in der Fig. 4 erkennt. Mit Hilfe des verfahrbaren Riegelelementes 1 kann ein lediglich in der Fig. 1 angedeuteter Ladestecker 2 gegenüber einer Ladesteckdose 3 der elektrischen Ladevorrichtung 1 , 3, 4, 5 lösbar verriegelt werden. Zu diesem Zweck ist ein motorischer Antrieb 4, 5 vorgesehen, mit dessen Hilfe das als Riegelzapfen im Ausführungsbeispiel ausgebildete Riegel element 1 verstellt werden kann, und zwar im Rahmen des Ausführungs beispiels und der Darstellung in der Fig. 4 folgend in der dort durch einen Doppelpfeil angedeuteten Linearrichtung.

Der motorische Antrieb 4, 5 setzt sich größtenteils aus einem Elektromotor 4 und einem daran angeschlossenen Getriebe 5 zur Beaufschlagung des Riegel elementes 1 zusammen. Das Getriebe 5 kann zu diesem Zweck so ausgelegt sein, dass ein nicht näher dargestellter Zapfen in eine Gabelaufnahme des Riegelelementes 1 eingreift und auf diese Weise die ausgangsseitigen Drehbe wegungen einer Abtriebswelle des Elektromotors 4 in die in der Fig. 4 dargestellten linearen Stellbewegungen des Riegelelementes 1 umwandelt. Tatsächlich kann das Riegelelement 1 im Wesentlichen die Positionen bzw. Funktionsstellungen„verriegelt“ und„entriegelt“ einnehmen, wie dies einleitend bereits im Detail beschrieben worden ist. In der Stellung„verriegelt“ sorgt das Riegelelement 1 dafür, dass der beispielsweise an eine Ladesäule über ein in der Fig. 1 lediglich angedeutetes Netzverbindungskabel angeschlossene Ladestecker 2 innerhalb der Ladesteckdose 3 verriegelt wird. Der Zustand „entriegelt“ korrespondiert demgegenüber dazu, dass der Ladestecker 2 aus der Ladesteckdose 3 entnommen und herausgezogen werden kann. Die dargestellte elektrische Ladevorrichtung 1 , 3, 4, 5 setzt sich erfindungs gemäß im Wesentlichen aus zwei Hauptbestandteilen zusammen. Zunächst einmal ist ein Lademodul 7 vorgesehen, welches nach dem Ausführungsbei spiel im Wesentlichen die Ladesteckdose 3 umfasst. Das Lademodul 7 ist mit einem Lademodulgehäuse 8 ausgerüstet, welches im Rahmen der Darstellung geschlossen ausgebildet ist und die Ladesteckdose 3 sowie zugehörige Ver bindungsleitungen und auch eine Leiterplatte bzw. Leiterplatine 6 eines Steuergerätes der Ladesteckdose 3 und andere Einbauteile einhaust. Das Lademodulgehäuse 8 ist bis auf zwei Aufnahmen 9, 10 geschlossen ausgebildet.

Als weiterer und zweiter Hauptbestandteil der Ladevorrichtung 1 , 3, 4, 5 ist ein Verriegelungsaktuator 1 1 vorgesehen. Der Verriegelungsaktuator 1 1 weist im Ausführungsbeispiel neben dem motorischen Antrieb 4, 5 zusätzlich das Riegel element 1 auf. Außerdem lässt sich der Verriegelungsaktuator 1 1 mit dem Lademodul 7 im Zuge der Montage verbinden. Das erfolgt über einen überwiegend linearen Steckvorgang, wie er in der Fig. 1 durch einen Pfeil dargestellt ist und beim Übergang zu den Fig. 2 und 3 deutlich wird.

Zu diesem Zweck ist der Verriegelungsaktuator 1 1 mit einem Verriegelungs aktuatorgehäuse 12 ausgerüstet. Nach dem Ausführungsbeispiel ist das Verriegelungsaktuatorgehäuse 12 mit zwei Gehäusehälften 12a, 12b versehen, die insgesamt einerseits den Elektromotor 4 und andererseits das Getriebe 5 einhausen. Tatsächlich sorgt das Verriegelungsaktuatorgehäuse 12 dafür, dass der motorische Antrieb 4, 5, das heißt der Elektromotor 4, das Getriebe 5, abgedichtet eingehaust werden. Das Riegelelement 1 ist in diesem Zusammenhang unter Zwischenschaltung einer insbesondere in der Fig. 4 zu erkennenden und in das Verriegelungsaktuatorgehäuse 12 eingelassenen Dichtung 13 verschieblich und dichtend gehalten. Dabei durchgreift das Riegelelement 1 unter Zwischenschaltung der bereits angesprochenen Dichtung 13 das Verriegelungsaktuatorgehäuse 12, so dass insgesamt der Elektromotor 4 und auch das Getriebe 5 inklusive dem im Verriegelungs- aktuatorgehäuse 12 gelagerten Riegelelement 1 hierin dichtend aufgenommen werden. Vorzugsweise ist die Dichtung 13 als Dichtpad und noch bevorzugter als Dichtscheibe ausgebildet.

Der Verriegelungsaktuator 1 1 ist darüber hinaus mit Steckkontakten oder Pins 14 ausgerüstet. Die Steckkontakte 14 sind mit dem Elektromotor 4 elektrisch verbunden und sorgen dafür, dass der Elektromotor 4 das Getriebe 5 entsprechend beaufschlagt, um die zuvor bereits angesprochenen grundsätzlichen Positionen„entriegelt“ und„verriegelt“ des Riegelelementes 1 darstellen zu können. Bei der Montage greifen die fraglichen Steckkontakte 14 des Verriegelungsaktuators 1 1 in eine zugehörige Steckbuchse 15 im Lade modul 7 ein. Zu diesem Zweck werden die Steckkontakte 14 in einem Steckvorsprung 16 des Verriegelungsaktuatorgehäuses 12 aufgenommen. Der Steckvorsprung 16 taucht beim Steckvorgang zwischen dem Verriegelungs aktuator 1 1 und dem Lademodul 7 in die Aufnahme 9 des Lademodulgehäuses 8 ein. Eine in diesem Zusammenhang zusätzlich vorgesehene Dichtung 19 sorgt hierbei für eine Abdichtung. Die Dichtung 19 ist dazu als 3-fach- Lippendichtung ausgebildet.

Auf diese Weise sorgen zugleich die in die Steckbuchse 15 eintauchenden Steckkontakte 14 dafür, dass der Steckvorgang unterstützt wird. Zugleich werden hierdurch die Steckkontakte 14 mit der zur Ladesteckdose 3 zuge hörigen Leiterplatte bzw. Leiterplatine 6 des Steuergerätes elektrisch gekoppelt, die ihrerseits die Steckbuchse 15 trägt.

Die weitere Aufnahme 10 im Lademodulgehäuse 8 sorgt dafür, dass bei dem beschriebenen Steckvorgang das Riegelelement 1 in das Lademodulgehäuse 8 eintauchen kann, um im Anschluss daran für die gewünschte Ver- und Entriegelung des Ladesteckers 2 gegenüber der Ladesteckdose 3 sorgen zu können. Der eigentliche Steckvorgang wird dann noch dadurch unterstützt, dass für die Steckkopplung beider Gehäuse 8, 12, d. h. des Verriegelungs aktuatorgehäuses 12 und auch des Lademodulgehäuses 8, zusätzlich noch Füge- und/oder Verbindungshilfsmittel 17, 18 verantwortlich zeichnen. Bei den Füge- und/oder Verbindungshilfsmitteln 17, 18 handelt es sich im Rahmen des Ausführungsbeispiels um eine Bohrung bzw. mehrere Bohrungen 17 und eine oder mehrere Schrauben 18, die miteinander verbunden werden. Tatsächlich sind nach dem Ausführungsbeispiel insgesamt drei Schraubverbindungen 18 vorgesehen.

Natürlich können aus der Ladesteckdose 3 auch Stifte und/oder Gewinde herausstehen, so dass der Verriegelungsaktuator 1 1 unter Rückgriff auf die Füge- und/oder Verbindungshilfsmittel 17, 18 mit dem Lademodul 7 und folglich der Ladesteckdose 3 verbindbar ist. Auf jeden Fall ist bei der Art der Verbindung zu beachten, dass eine sichere Verbindung der Steckkontakte 14 mit der zugehörigen Steckbuchse 15 gewährleistet und zusätzlich ein möglichst reibungs-, verklemm- und/oder verkippfreies Führen des Riegelelementes 1 gewährleistet wird.

Bezugszeichenliste

1 Riegelelement

2 Ladestecker

3 Ladesteckdose

4 Elektromotor

5 Getriebe

6 Zuleitung

7 Lademodul

8 Lademodulgehäuse

9, 10 Aufnahme

11 Verriegelungsaktuator

12 Verriegelungsaktuatorgehäuse

12a, 12b Gehäusehälfte

13 Dichtung

14 Steckkontakt

15 Steckbuchse

16 Steckvorsprung

17 Steckaufnahme

18 Steckzapfen

19 Dichtung