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 Gesund heitsgefährdungen 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 Ladevor gang 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 oder in 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 Kabelbaumes ausgelegt. Auf diese Weise gelingen zwar der Antrieb des Riegelelementes und auch der gewünschte Ladevorgang problemlos. Allerdings besteht bisher ein Problem in der Praxis dann, wenn das Riegelelement durch Fehlgebrauch, mechanische Einwirkungen oder sonst wie beschädigt worden ist. In einem solchen Fall kann nicht (mehr) sichergestellt werden, dass der Ladestecker einwandfrei in der Ladesteckdose verriegelt ist und folglich der Ladevorgang bestimmungsgemäß vorgenommen wird, also mit der von der Ladesäule maximal zur Verfügung gestellten elektrischen Energie. Auch besteht bei Beschädigungen des Riegelelementes die Gefahr von Gesundheits gefährdungen des oder der Benutzer. Hier will die Erfindung insgesamt Abhilfe schaffen. Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine derartige Verriege lungsvorrichtung für eine elektrische Ladevorrichtung eines Kraftfahrzeuges so weiter zu entwickeln, dass Funktionsstörungen des Riegelelementes möglichst vermieden werden.

Zur Lösung dieser technischen Problemstellung ist eine gattungsgemäße Verriegelungsvorrichtung im Rahmen der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass das Riegelelement zumindest teilweise aus einem Metall hergestellt ist.

Die Erfindung geht zunächst einmal von der Erkenntnis aus, dass die Riegel elemente nach dem Stand der Technik typischerweise aus Gewichts- und Ferti gungsgründen aus Kunststoff hergestellt sind, wie dies beispielsweise bei der CN 2020695855 U der Fall ist. Ein weiterer Grund für die Herstellung des Riegelelementes aus Kunststoff besteht darin, dass hierdurch problemlos die erforderliche elektrische Isolation zur Verfügung gestellt wird. Tatsächlich dient das Riegelelement bekanntermaßen dazu, den Ladestecker in der Ladesteck dose lösbar zu verriegeln. Da mit Hilfe der Ladevorrichtung hohe elektrische Ströme mit Hochspannung übertragen werden, ist es erforderlich, das Riegel element ebenfalls elektrisch isolierend auszulegen, damit nicht bei einem etwaigen Kurzschluss im Ladestecker bzw. der den Ladestecker aufnehmenden Ladesteckdose elektrischer Strom zur Kraftfahrzeugkarosserie fließt und hier gegebenenfalls Bedienpersonen gefährdet. Jedenfalls präferiert der Stand der Technik Riegelelemente aus Kunststoff, weil sich diese einfach und kosten günstig hersteilen lassen und unmittelbar über die erforderliche und in diesem Bereich geforderte elektrische Isolationsfähigkeit verfügen.

Demgegenüber schlägt die Erfindung vor, dass das Riegelelement zumindest teilweise aus einem Metall hergestellt ist bzw. hergestellt wird. Um in diesem Zusammenhang dennoch die erforderliche elektrische Isolationsfähigkeit zur Verfügung zu stellen, ist das Riegelelement meistens zweiteilig mit einem Füh rungsteil und einem Riegelteil ausgebildet. Das Führungsteil ist dabei aus Kunststoff hergestellt und wechselwirkt vorzugsweise mit Gegenführungsele menten in einem Gehäuse. Das Gehäuse dient größtenteils zur Aufnahme des Antriebes. Durch die Wechselwirkung des Führungsteiles mit den Gegenfüh rungselementen im Innern des Gehäuses wird sichergestellt, dass das Riegel element die im Allgemeinen erforderlichen linearen Bewegungen zur lösbaren Verriegelung des Ladesteckers gegenüber der Ladesteckdose absolvieren kann. Diese Bewegungen werden vom Antrieb auf das Riegelelement übertragen.

Das Gehäuse und die Gegenführungselemente sind vorteilhaft aus Kunststoff hergestellt und in diesem Zusammenhang bilden Sie im Allgemeinen ein einstückiges Kunststoffspritzgussteil. Das Kunststoffspritzgussteil mag darüber hinaus einstückig ausgebildete Lagerausformungen zur Aufnahme des Antriebes und von weiteren Antriebsbestandteilen aufweisen.

Durch die zweiteilige Auslegung des Riegelelementes mit dem Führungsteil aus Kunststoff und dem Riegelteil, welches zumindest teilweise aus dem Metall hergestellt ist, wird einerseits die erforderliche elektrische Isolationsfähigkeit des erfindungsgemäßen Riegelelementes zur Verfügung stellt und andererseits eine mechanisch besonders robuste Lösung realisiert. Denn bei dem einge setzten Metall zur Realisierung des Riegelelementes bzw. als zumindest teilweiser Bestandteil des Riegelteiles handelt es sich vorteilhaft um Stahl, also ein Metall mit hoher Bruchdehnung und Streckgrenze, welches den mechanischen Belastungen im Bereich der Verriegelung zwischen Ladestecker und Ladesteckdose problemlos widersteht. Tatsächlich wird durch diese Aus legung insbesondere ein Bruch im Bereich einer das Riegelelement bzw. dessen Riegelteil aufnehmenden Ausnehmung im Ladestecker und/oder der Ladesteckdose verhindert, und zwar auch dann, wenn der Ladestecker mit beabsichtigten oder unbeabsichtigten Zugbeanspruchungen beaufschlagt wird. Hierin sind die wesentlichen Vorteile zu sehen. Darüber hinaus hat es sich bewährt, wenn das Riegelelement als

Kompositbauteil aus einer Metallkomponente und einer Kunststoffkomponente ausgebildet ist. Die Metallkomponente ist überwiegend steckerseitig vorgesehen, das heißt, dient letztlich zur Verstärkung des Riegelteils. Demgegenüber ist die Kunststoffkomponente größtenteils antriebsseitig vorgesehen. Dem trägt die Erfindung durch das aus Kunststoff hergestellte Führungsteil Rechnung.

Dabei kann die Auslegung weiter im Detail so vorgenommen werden, dass das steckerseitige Riegelteil ganz oder teilweise aus Metall besteht. Dazu kann das Riegelteil vollständig als Metallstift vorzugsweise aus Stahl ausgebildet sein. In diesem Fall ist das Riegelteil bzw. der Metallstift meistens mit einem kopfseitigen Anker ausgerüstet, welcher seinerseits im antriebsseitigen

Führungsteil aus Kunststoff eingebettet ist. Dazu kann das als Kunststoffspritz gussteil ausgelegte Führungsteil an den fraglichen Metallstift angespritzt sein und hierbei dessen kopfseitigen Anker umschließen, damit das metallische Riegelteil einwandfrei an das Führungsteil aus Kunststoff angeschlossen ist und hiermit fest mechanisch gekoppelt wird.

Neben der zuvor beschriebenen Ausbildung des Riegelteils als Metallstift ist es aber auch möglich, dass das Riegelteil aus Kunststoff mit eingelegter Metallar mierung hergestellt ist. Bei der Metallarmierung handelt es sich vorteilhaft um einen mit Kunststoff umhüllten Metallstift. Grundsätzlich kann die Metallarmierung auch als Metallgeflecht, einzelne Metalldrähte, eine Vielzahl von Metallstiften etc. als Metallseil usw. ausgebildet sein. Besonders bewährt hat sich jedoch eine Variante, bei welcher die Metallarmierung als Metallstift ausgebildet ist, welcher mit Kunststoff umhüllt wird, um auf diese Weise das Riegelteil zu definieren. Der Metallstift kann dabei seinerseits aus Vollmaterial und/oder Rohrmaterial ausgebildet sein. Eine derartige Variante ist insofern mit besonderen Vorteilen ausgerüstet, weil das Riegelteil nach wie vor eine Kunststoffumhüllung bzw. Kunststoffhaut aufweist, folglich die erforderlichen elektrischen Isolationseigenschaften unmittelbar aufweist. Dennoch verfügt das Riegelteil und folglich das insgesamt realisierte erfindungsgemäße Riegelelement über die notwendige mechanische Stabilität, insbesondere bei seiner bestimmungsgemäßen Verwendung zur lösbaren Verriegelung des Ladesteckers in der Ladesteckdose.

Im Ergebnis wird eine Verriegelungsvorrichtung für eine elektrische Ladevor richtung eines Kraftfahrzeuges zur Verfügung gestellt, die gegenüber bisherigen Ausführungsformen mechanisch besonders dauerhaft und bruchsicher ausgelegt ist. Hierbei geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, dass ein etwaiger Bruch des Riegelelementes meistens im Bereich einer das Riegelele ment bzw. dessen steckerseitiges Riegelteil aufnehmenden Ausnehmung im Ladestecker und/oder der Ladesteckdose beobachtet wird. Zugleich verfügt das Riegelelement über die erforderlichen elektrischen Isolationseigenschaften. Das alles gelingt unter Berücksichtigung einer einfachen und kostengünstigen Fertigung, weil hierzu lediglich das Führungsteil aus Kunststoff an den Metall stift angespritzt zu werden braucht. Alternativ hierzu kann auch mit einem solchen Metallstift gearbeitet werden, der mit Kunststoff umhüllt und zugleich mit dem angespritzten Führungsteil aus Kunststoff gekoppelt wird. Dann wird der Metallstift vom Kunststoff umspritzt. In jedem Fall lässt sich der eingesetzte Metallstift problemlos in den Kunststoffspritzvorgang problemlos integrieren. Daraus resultiert eine kostengünstige Fertigung bei zugleich kompaktem Aufbau. 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 die erfindungsgemäße Verriegelungsvorrichtung in einer perspek tivischen Übersicht, Fig. 2 einen Schnitt durch die Verriegelungsvorrichtung nach der Fig. 1 im Bereich des Verriegelungselementes,

Fig. 3 eine erste Ausführungsform des Verriegelungselementes nach der Erfindung und

Fig. 4 eine hiervon abweichende alternative Ausführungsform.

In den Figuren ist eine Verriegelungsvorrichtung für eine elektrische Lade vorrichtung 1 , 2, 3, 4 eines nicht näher dargestellten Kraftfahrzeuges wiedergegeben. Die in der Fig. 1 gezeigte Verriegelungsvorrichtung mag dazu im Bereich einer Karosserieöffnung platziert sein, in welcher sich darüber hinaus eine insbesondere in der Fig. 2 zu erkennende Ladesteckdose 3 befindet. Um Akkumulatoren des nicht ausdrücklich dargestellten Kraftfahrzeuges laden zu können, wird in die Ladesteckdose 3 ein Ladestecker 2 eingesteckt, der mit Hilfe eines Riegelelementes 1 in der Ladesteckdose 3 verriegelt wird. Bei dem Riegelelement 1 handelt es sich im Ausführungsbei spiel und nicht einschränkend um einen größtenteils zylindrischen Stift. Tatsächlich ist das Riegelelement 1 im Ausführungsbeispiel zweiteilig mit einem Führungsteil 1 a und einem Riegelteil 1 b ausgebildet. Das Riegelelement 1 ist mit einem Antrieb 4 ausgerüstet.

Um die zuvor bereits angesprochene Verriegelung des Ladesteckers 2 in der Ladesteckdose 3 zu realisieren, greift das Riegelelement 1 in eine in der Fig. 2 zu erkennende Ausnehmung im Ladestecker 2 ein. Das ist erst dann möglich, wenn der Ladestecker 2 einwandfrei in die Ladesteckdose 3 eingesteckt ist und seine frontseitig zu erkennenden Steckkontakte in entsprechende Steckbuchsen der Ladesteckdose 3 eingreifen, damit anschließend der Ladevorgang erfolgen kann. Da ein solcher Ladevorgang mit einer anliegenden Flochspannung und unter Berücksichtigung erheblicher Ladeströme von mehreren 10 A erfolgt, kommt der Verriegelung des Ladesteckers 2 in der Ladesteckdose 3 mit Hilfe des Riegelelementes 1 eine besondere Bedeutung zu. Dies gilt insbesondere für einen etwaigen Bruch des Riegelelementes 1 im Bereich der zuvor bereits angesprochenen Ausnehmung, welcher erfindungs gemäß vermieden wird, wie nachfolgend noch näher erläutert wird.

Das Riegelelement 1 ist insgesamt verfahrbar ausgebildet, kann nämlich ent sprechend der Doppelpfeildarstellung in der Fig. 1 in seiner Längsrichtung ver fahren werden. Dazu ist der motorische Antrieb 4 vorgesehen. Die Ladevorrich tung 1 , 2, 3, 4 weist folglich das Riegelelement 1 , den Ladestecker 2, die Ladesteckdose 3 und schließlich den Antrieb 4 für das Riegelelement 1 auf.

In der Fig. 1 erkennt man noch, dass die Ladevorrichtung 1 , 2, 3, 4 insgesamt in einem Gehäuse 5 aus Kunststoff aufgenommen wird. Das Gehäuse 5 ist im Bereich des Riegelelementes 1 mit einer eingelassenen Dichtung 6 ausgerüstet, gegenüber welcher das Riegelelement 1 verschieblich und dichtend gehalten wird. Ein zusätzlich noch in der Fig. 1 zu erkennender Steck vorsprung 7 weist in seinem Innern Steckkontakte 8 auf, mit deren Hilfe die gesamte in der Fig. 1 dargestellte Verriegelungsvorrichtung mit beispielsweise einem Kabelbaum des Kraftfahrzeuges gekoppelt wird.

Das Gehäuse 5 aus Kunststoff weist in seinem Innern Lagerausnehmungen für den Antrieb 4 bzw. zugehörige und nicht näher dargestellte Antriebs bestandteile auf. Die Lagerausnehmungen sind einstückig mit dem Gehäuse 5 ausgelegt. Das gilt auch für lediglich angedeutete Gegenführungselemente 10, welche mit dem Führungsteil 1 a als Bestandteil des Riegelelementes 1 neben dem Riegelteil 1 b wechselwirken. Tatsächlich greift der Antrieb 4 mit einem ausgangsseitigen und in der Fig. 2 angedeuteten Getrieberad in eine Ausneh mung 9 des Riegelelementes 1 ein, um das Riegelelement 1 zu der in der Fig. 2 angedeuteten Bewegung entlang seines Verfahrweges S zu beaufschlagen, wie der entsprechende Doppelpfeil in der Fig. 2 deutlich macht. Damit diese Bewegung linear erfolgt, wechselwirkt das Führungsteil 1 b als Bestandteil des Riegelelementes 1 mit den Gegenführungselementen 10 im Innern des Gehäuses 5. Die Gegenführungselemente 10 sind ebenso wie die Lagerstellen einstückig mit dem Gehäuse 5 aus Kunststoff ausgebildet und werden in einem gemeinsamen Kunststoffspritzgussvorgang hergestellt.

Anhand der Fig. 3 und 4 erkennt man, dass das Riegelelement 1 erfindungsgemäß als Kompositbauteil aus einer Metallkomponente 1 1 und einer Kunststoffkomponente 12 hergestellt ist. Bei einer vergleichenden Betrachtung der Einzeldarstellungen in de Fig. 3 und 4 erkennt man, dass die Metallkom ponente 1 1 überwiegend steckerseitig, also im Bereich des Ladesteckers 2 realisiert ist, während die Kunststoffkomponente 12 des Riegelelementes 1 größtenteils antriebsseitig vorgesehen ist, also im Bereich des Antriebes 4 bzw. diesem zugewandt.

Die Auslegung ist dabei insgesamt so getroffen, dass das Führungsteil 1 a des Riegelelementes 1 aus Kunststoff hergestellt ist. bzw. überwiegend die Kunst stoffkomponente 12 darstellt. Demgegenüber ist das Riegelteil 1 b überwiegend aus der Metallkomponente 1 1 produziert, wie nachfolgend noch näher im Detail erläutert wird.

Tatsächlich kann das Riegelteil 1 b ganz oder teilweise aus Metall bestehen. Bei dem eingesetzten Metall handelt es sich überwiegend um Stahl und insbesondere hochfesten Stahl, welcher als Kaltstauchteil ausgebildet sein kann, wie man der Darstellung in der Fig. 3 entnimmt. Dadurch wird erfindungs gemäß verhindert, dass das Riegelelement 1 insbesondere im Bereich der Aus nehmung im Ladestecker 2 bzw. der Ladesteckdose 3 brechen kann, wie dies einleitend bereits beschrieben wurde.

Bei der Erfindungsvariante nach der Fig. 3 wird zu diesem Zweck so vorgegangen, dass das Riegelteil 1 b als Metallstift ausgebildet ist, folglich das Riegelteil 1 b komplett die Metallkomponente 1 1 darstellt. Man erkennt bei dieser Variante, dass das als Metallstift ausgebildete Riegelteil 1 b mit einem kopfseitigen Anker 13 ausgerüstet ist. Dieser kopfseitige Anker 13 taucht in das Führungsteil 1 a aus Kunststoff bzw. zur Realisierung der Kunststoffkomponente 12 ein. Tatsächlich wird der kopfseitige Anker 13 des Metallstiftes vom Kunst stoff beim Herstellungsvorgang vollständig umschlossen, weil der Kunststoff an den Metallstift bzw. das Riegelteil 1 b in diesem Fall angespritzt wird.

Bei der Variante nach der Fig. 4 wird so vorgegangen, dass das Riegelteil 1 b teilweise aus Kunststoff mit einer eingelegten Metallarmierung hergestellt ist. In diesem Fall definiert die Metallarmierung die Metallkomponente 1 1. Man erkennt, dass die Metallarmierung bzw. die Metallkomponente 1 1 von Kunststoff oberflächenseitig umhüllt ist, folglich das Riegelteil 1 b im Endeffekt aus der Kunststoffkomponente 12 und der Metallkomponente 11 zusammen hergestellt wird.

Bei der Metallarmierung bzw. der Metallkomponente 1 1 handelt es sich in diesem Fall um einen mit Kunststoff umhüllten Metallstift. Dieser kann entspre chend der Darstellung in der Fig. 4 als Metallstift aus Vollmaterial hergestellt sein. Ergänzend oder alternativ kann die Metallarmierung bzw. der Metallstift aber auch als Rohrmaterial ausgebildet sein. In beiden Fällen wird der fragliche Metallstift bzw. die Metallkomponente 1 1 beim Herstellungsvorgang des Riegel teiles 1 b beispielsweise in ein Kunststoffspritzgusswerkzeug eingelegt und mit Hilfe der Kunststoffkomponente 12 umspritzt, die in diesem Fall zugleich zur Realisierung des Führungsteiles 1 a aus Kunststoff dient. Alternativ kann die Kunststoffkomponente 12 auch an den Metallstift unter gleichzeitiger Umhüllung des Ankers 13 angespritzt werden. Bezugszeichenliste

1 Riegelelement

1 a Riegelteil

1 b Führungsteil

2 Ladestecker 2

3 Ladesteckdose

4 Antrieb

5 Gehäuse

6 Dichtung

7 Steckvorsprung

8 Steckkontakt

9 Ausnehmung

10 Gegenführungselement

11 Metallkomponente

12 Kunststoffkomponente

13 Anker

S Verfahrweg