Elektromotorische Verriegelungseinheit für eine elektrische Ladevorrichtung eines Kraftfahrzeuges

Die Erfindung betrifft eine elektromotorische Verriegelungseinheit für eine elektrische Ladevorrichtung eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Elektrooder Hybridkraftfahrzeuges, mit einem Elektromotor und einem nachfolgenden Getriebe, ferner mit einem von dem Getriebe linear beaufschlagbaren Riegelelement zur lösbaren Verriegelung eines Ladesteckers in einer Ladesteckdose der elektrischen Ladevorrichtung, und mit wenigstens einem Anschlag für das Riegelelement.

Elektrische Ladevorrichtungen bei Kraftfahrzeugen und insbesondere Elektrooder Hybridkraftfahrzeugen dienen dazu, die im Innern des Kraftfahrzeuges vorhandenen einen oder mehreren Akkumulatoren mit elektrischer Energie zu versorgen. Dazu wird im Allgemeinen auf eine Ladeinfrastruktur zurückgegriffen, zu welcher typischerweise Ladesäulen gehören, die mit einem an ein Verlängerungskabel angeschlossenen Ladestecker ausgerüstet sind. Für den Ladevorgang mit elektrischer Energie wird der Ladestecker der Ladesäule im Allgemeinen mit der kraftfahrzeugseitigen Ladesteckdose gekoppelt und lösbar verriegelt. Hierfür sorgt das elektromotorisch verfahrene Riegelelement.

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 elektrische 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 Identifikationsignales statt. Das beschreibt beispielhaft und grundsätzlich die WO 2010/149426 A1 .

Die Verstellung des Riegelelementes wird im Stand der Technik nach der CN 2020695855 U mit Hilfe eines elektromotorischen Antriebes vorgenommen, welcher sich aus einem Elektromotor und einem nachgeschalteten mehrstufigen Getriebe zusammensetzt. Bei der bekannten Lehre arbeitet das mehrstufige Getriebe über einen Nocken auf das hierdurch linear beaufschlagbare Riegelelement.

Im Rahmen der DE 10 2013 008 550 A1 geht es um eine elektromechanische Verriegelungseinheit für den Fahrzeugbereich. Diese verfügt unter anderem über einen dem Verriegelungsmechanismus zugeordneten mechanischen Anschlag, der dessen Bewegung an einer definierten Endstellung blockiert. Dazu verfügt der Anschlag über ein elastisches Element, welches so angeordnet ist, dass es vor Erreichen der definierten Endstellung mechanisch verformt wird. Auf diese Weise wird die Bewegung eines Bewegungselementes, insbesondere des Riegelelementes, verzögert.

Im Rahmen der gattungsbildenden Lehre nach der DE 10 2012 022 413 B3 wird eine Verriegelungsvorrichtung zum Verriegeln eines elektrischen Steckers in einer Buchse beschrieben. Die fragliche Verriegelungsvorrichtung kann dabei auch in Verbindung mit einer elektrischen Ladevorrichtung bei Elektro- oder Hybridkraftfahrzeugen zum Einsatz kommen. Ein an dieser Stelle realisierter Verriegelungsbolzen ist mit Anschlägen ausgerüstet, die mit Mitnehmeranschlägen an einem Mitnehmerelement wechselwirken. Die Mitnehmeranschläge bzw. -gegenanschläge sind offensichtlich nicht elastisch, sodass der bekannte Verriegelungsbolzen gegen harte Endanschläge fährt.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine derartige elektromotorische Verriegelungseinheit für eine elektrische Ladevorrichtung eines Kraftfahrzeuges so weiterzuentwickeln, dass eine einwandfreie Funktionalität vorliegt und insbesondere Beschädigungen des Riegelelementes im Bereich seiner Anschläge zuverlässig vermieden werden.

Zur Lösung dieser technischen Problemstellung ist eine gattungsgemäße elektromotorische Verriegelungseinheit im Rahmen der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag für das Riegelelement als elastischer Endanschlagspuffer ausgebildet ist, welcher in einer Ausnehmung des Riegelelementes gehalten wird. Erfindungsgemäß kommt folglich als Anschlag für das Riegelelement ein spezieller Anschlag zum Einsatz, nämlich ein elastischer Endanschlagspuffer, welcher aufgrund seiner Elastizität von vornherein Spannungsspitzen beim Anfahren des Anschlages bzw. Endanschlages für das Riegelelement aufnimmt und dämpft. Durch die zusätzliche Anbringung des Endanschlagspuffers in einer Ausnehmung des Riegelelementes kann der Endanschlagspuffer darüber hinaus mit einer signifikanten und für die gewünschte Funktionalität ausreichenden Größe und folglich Dämpfungswirkung ausgerüstet werden. Darüber hinaus eröffnet die Anbringung des Endanschlagspuffers in der Ausnehmung des Riegelelementes den weiteren Vorteil, dass hierdurch die Bauhöhe in einem die elektromotorische Verriegelungseinheit aufnehmenden Gehäuse gering gehalten werden kann bzw. durch den vorgesehenen Endanschlagspuffer nicht negativ beeinflusst wird.

Hierzu trägt ergänzend der Umstand bei, dass die Ausnehmung typischerweise über einen Ausleger, vorzugsweise kopfseitig an das Riegelelement angeschlossen ist. Hierdurch kann die Ausnehmung gleichsam „neben“ dem Riegelelement platziert werden, und zwar beispielsweise in einem ohnehin im Inneren des Gehäuses zur Aufnahme der elektromotorischen Verriegelungseinheit beobachteten Freibereich. Das begünstigt eine kompakte Auslegung und bietet zugleich die Möglichkeit, den Endanschlagspuffer ausladend und mit der gewünschten Größe zu realisieren, um einen signifikanten Dämpfungsweg im Bereich des Endanschlages des Riegelelementes zur Verfügung zu stellen. Hierzu trägt ergänzend der Umstand bei, dass der Endanschlagspuffer in der Regel aus einem Elastomer hergestellt ist, also einem elastomeren Kunststoff.

An dieser Stelle können typische Elastomere wie beispielsweise Acrylat-Kaut- schuk (ACM), Acrylnitril-Butadien-Kautschuk (NBR), Ethylen-Propylen-Kautschuk (EPDM), Naturkautschuk (NR), Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) zum Einsatz kommen, um nur beispielhaft einzelne geeignete Elastomere bzw. elastomere Kunststoffe zu nennen.

Da typischerweise das Riegelelement ebenfalls aus einem (thermoplastischen) Kunststoff hergestellt ist und die Ausnehmung inklusive Ausleger zusammen mit dem Riegelelement im Allgemeinen ein einstückiges Bauteil definiert, können das Riegelelement bzw. die Ausnehmung und der in der Ausnehmung aufgenommene Endanschlagspuffer grundsätzlich als einstückiges Bauteil hergestellt werden. Hierzu mag der Endanschlagspuffer aus dem elastomeren Kunststoff an den beispielsweise thermoplastischen Kunststoff der Ausnehmung angeformt oder zusammen mit diesem in einem Zwei-Komponenten- Spritzgießvorgang hergestellt werden.

In der Regel handelt es sich jedoch bei dem Riegelelement inklusive Ausnehmung und Ausleger einerseits um ein eigenes (thermoplastisches) Bauteil aus Kunststoff, welches andererseits mit dem hiervon getrennten Endanschlagspuffer aus dem Elastomer bzw. elastomeren Kunststoff lösbar gekoppelt wird. Zu diesem Zweck wird meistens so vorgegangen, dass der Endanschlagspuffer an einen Steg in der Ausnehmung lösbar angeschlossen ist. Der Steg kann dabei die Ausnehmung in etwa hälftig teilen. Meistens wird hier eine horizontale Teilung der Ausnehmung beobachtet. Außerdem verfügt der Steg regelmäßig über einen Aufnahmeschlitz. Dabei ist der Aufnahmeschlitz meistens in Montagerichtung des Endanschlagspuffers zulaufend ausgebildet. Meistens wird hier ein V-förmig zulaufender Aufnahmeschlitz beobachtet.

Da das linear hin- und herbewegte Riegelelement jeweils am Ende seines Verfahrweges in der Regel gegen zwei Endanschläge bzw. Gegenanschläge fährt, sind vorteilhaft zwei sich in Bezug auf den Steg gegenüberliegende Endanschlagspuffer realisiert. Die beiden Endanschlagspuffer wechselwirken einerseits mit einem Gegenanschlag in einem Gehäuse und andererseits einem weiteren Gegenanschlag in einem Deckel für das Gehäuse.

Dabei ist die Auslegung insgesamt so getroffen, dass die elektromotorische Verriegelungseinheit insgesamt in dem Gehäuse aufgenommen wird, wobei das Gehäuse mit Hilfe des Deckels eine kopfseitigen Verschluss erfährt. Dadurch kann die elektromotorische Verriegelungseinheit als gleichsam Baueinheit bzw. Modul einen Bestandteil der elektrischen Ladevorrichtung definieren. Tatsächlich handelt es sich hierbei um einen Hauptbestandteil. Dabei ist die Auslegung zusätzlich noch so getroffen, dass das gegenüber dem Gehäuse ein- und ausfahrbare Riegelelement durch eine Dichtung hindurch aus dem fraglichen Gehäuse mehr oder minder hervortreten und wieder zurückgezogen werden kann. Die beiden Endanschlagspuffer sind im Allgemeinen gleich ausgebildet und verfügen meistens über einen ringförmigen Charakter, vergleichbar einem „Donut“. Außerdem sind die beiden Endanschlagspuffer regelmäßig mit Hilfe eines Verbindungssteges miteinander gekoppelt. Der Verbindungssteg greift dabei im Allgemeinen in den Aufnahmeschlitz des die Ausnehmung in etwa hälftig teilenden Steges ein.

Durch die jeweils ringförmige Gestalt des Endanschlagspuffers mit zentraler Aussparung, an welche sich der die beiden Endanschlagspuffer koppelnde Verbindungssteg anschließt, wird ein besonders günstiges Dämpfungsverhalten beobachtet, welches auch große Dämpfungswege aufzunehmen in der Lage ist. Denn der ringförmige Charakter des Endanschlagspuffers lässt nicht nur eine intramolekulare Verformung des Endanschlagspuffers aus dem Elastomer zu, sondern kann sich der Endanschlagspuffer auch gleichsam räumlich oder makromolekular bzw. hinsichtlich seiner äußeren Gestalt verformen, beispielsweise nahezu „platt gedrückt“ werden. Denn die zentrale Aussparung des ringförmigen Endanschlagspuffers lässt in die Aussparung bei seiner Kompression ausweichendes Material zu.

Jedenfalls wird insgesamt eine elektromotorische Verriegelungseinheit für eine elektrische Ladevorrichtung eines Kraftfahrzeugs zur Verfügung gestellt, die sowohl funktionale als auch akustische Vorteile bietet. Denn aufgrund des speziellen Endanschlagspuffers wird verhindert, dass das Riegelelement gegen den jeweiligen und mit dem Endanschlagspuffer wechselwirkenden Gegenanschlag im Gehäuse respektive im Deckel am Ende seines Verfahrweges „hart“ anläuft. Vielmehr sorgt der jeweils zwischengeschaltete Endanschlagspuffer für ein weiches Auftreffen am Ende des Verfahrweges und werden hierdurch in das Material (aus Kunststoff) eventuell eingeleitete Spannungsspitzen vermieden. Dadurch wird die Lebensdauer und Funktionstüchtigkeit des Riegelelementes deutlich gesteigert.

Hinzu kommt, dass der weiche Anlauf im Bereich der jeweiligen Gegenanschläge akustisch optimiert ist und somit die Geräuschentwicklung auf ein Minimum im Vergleich zum Stand der Technik reduziert werden konnte. Schließlich sorgt die Anbringung des Endanschlagspuffers in der Ausnehmung über den Ausleger dafür, dass die Bauhöhe des Riegelelementes insgesamt nicht anwächst, sondern vielmehr die Ausnehmung zusammen mit dem Endanschlagspuffer gleichsam „neben“ dem Riegelelement in einem Hohlraum des Gehäuses Platz findet. Dadurch wird insgesamt der kompakte Aufbau der erfindungsgemäßen elektromotorischen Verriegelungseinheit gegenüber bisherigen Ausführungsformen nicht negativ beeinflusst. 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 elektromotorische Verriegelungseinheit zusammen mit der elektrischen Ladevorrichtung schematisch,

Fig. 2 die elektromotorische Verriegelungseinheit in einer generellen Übersicht und

Fig. 3 ein Detail aus der Fig. 2 im Bereich des Riegelelementes.

In der Fig. 1 ist eine elektromotorische Verriegelungseinheit für eine elektrische Ladevorrichtung eines Kraftfahrzeuges dargestellt. Zu diesem Zweck wird die elektromotorische Verriegelungseinheit in einem Gehäuse 1 aufgenommen, welches in geöffnetem Zustand Gegenstand der Fig. 2 ist. Das Gehäuse 1 wird mit einem in der Fig. 2 nicht ausdrücklich dargestellten Deckel 2 verschlossen, und zwar meistens hermetisch abgedichtet. Im Innern des Gehäuses 1 erkennt man einen Elektromotor 3, der auf ein nachfolgendes Getriebe 4, 5 arbeitet.

Das Getriebe 4, 5 setzt sich im Wesentlichen aus einem mit einer Schnecke auf der Abtriebswelle des Elektromotors 3 kämmenden Zahnrad 4 einerseits und einem Kurbelrad 5 andererseits zusammen, welches mit einem Riegelelement 6 wechselwirkt. Dazu greift das Kurbelrad 5 mit einem Kurbelzapfen in eine entsprechende Zapfenaufnahme des Riegelelementes 6 ein und sorgt auf diese Weise dafür, dass das Riegelelement 6 insbesondere in der Fig. 1 nachvollziehbare lineare Bewegungen in der dort eingezeichneten Linearrichtung L vollführen kann. Anstelle des Kurbelrads 5 des vorgestellten Ausführungsbeispiels könnten auch andere Abtriebselemente, beispielsweise eine Zahnstange, eingesetzt werden Dazu taucht das Riegelelement 6 aus dem Gehäuse 1 im Bereich einer dargestellten Aussparung mehr oder minder auf, wobei die Aussparung mit Hilfe einer Dichtung verschlossen ist, die von dem Riegelelement 6 durchgriffen wird. Das Riegelelement 6 fährt nach dem Ausführungsbeispiel in der Fig. 1 in eine Ausnehmung eines Lademoduls 7 ein, sodass auf diese Weise ein Ladestecker 8 der einleitend bereits beschriebenen Ladesäuleninfrastruktur mit einer kraftfahrzeugseitigen Ladesteckdose 9 lösbar verriegelt werden kann. Das Lademodul 7 und die Ladesteckdose 9 definieren dabei zusammengenommen mit der elektromotorischen Verriegelungseinheit respektive dem Gehäuse 1 inklusive Deckel 2 und dem demgegenüber verfahrbaren Riegelelement 6 insgesamt eine elektrische Ladevorrichtung 1 , 2, 6; 7, 9. Dabei stellt die elektromotorische Verriegelungseinheit bzw. der auf diese Weise realisierte Verriegelungsaktuator mit dem Gehäuse 1 inklusive Deckel 2 und dem demgegenüber verfahrbaren Riegelelement 6 den Hauptbestandteil der elektrischen Ladevorrichtung 1 , 2, 6; 7, 9 dar.

In der Fig. 2 ist nun der Innenaufbau der elektromotorischen Verriegelungseinheit im Innern des Gehäuses 1 mit abgenommenen Deckel 2 zu erkennen. Mit Hilfe des Riegelelementes 6, welches in der Linearrichtung L entsprechend der Darstellung in der Fig. 1 verfahren werden kann, lässt sich - wie gesagt - der Ladestecker 8 lösbar in der Ladesteckdose 9 der elektrischen Ladevorrichtung 1 , 2, 6; 7, 9 verriegeln. Außerdem erkennt man noch einen dem Riegelelement 6 zugeordneten Anschlag 10. Der Anschlag 10 des Riegelelementes 6 wechselwirkt jeweils am Ende des Verfahrweges des Riegelelementes 6 in der Linearrichtung L mit einem zugehörigen Gegenanschlag 1 1 .

Anhand der Detaildarstellung in der Fig. 3 erkennt man, dass ein Gegenanschlag 11 im Innern des Gehäuses 1 vorgesehen ist. Ein anderer Gegenanschlag 1 1 findet sich demgegenüber im Innern des Deckels 2 und ist in der Fig. 1 angedeutet. Jedenfalls kann das Riegelelement 6 mit seinem Anschlag 10 in der Linearrichtung L zwischen den beiden Gegenanschlägen 1 1 hin- und herbewegt werden. Dadurch wird der Verfahrweg des Riegelelementes 6 vorgegeben und begrenzt.

Insbesondere anhand der Detaildarstellung in der Fig. 3 erkennt man, dass erfindungsgemäß der dem Riegelelement 6 zugeordnete Anschlag 10 als elas- tischer Endanschlagspuffer 10 ausgebildet ist, welcher in einer Ausnehmung 12 des Riegelelementes 6 gehalten wird. Tatsächlich ist die Ausnehmung 12 über einen Ausleger 13 an das Riegelelement 6 angeschlossen. D. h., die Ausnehmung 12 bewegt sich zusammen mit dem Riegelelement 6 ebenfalls in der Linearrichtung L, wie sie in der Fig. 3 angedeutet ist, allerdings beabstandet von einem zapfenförmigen Fortsatz 6a des Riegelelementes 6, welcher im Endeffekt für die lösbare Verriegelung des Ladesteckers 8 in der Ladesteckdose 9 sorgt.

Dadurch findet die den Endanschlagspuffer 10 aufnehmende Ausnehmung 12 am Riegelelement 6 Platz im Innern des Gehäuses 1 , und zwar in einem Hohlraum, welcher von dem Zahnrad 4 einerseits und dem Kurbelrad 5 andererseits definiert und vorgegeben wird. Als Folge hiervon wird mit Hilfe des Endanschlagspuffers 10 des Riegelelementes 6 seine Bewegung in der Linearrichtung L begrenzt, und zwar ohne dass hierdurch das Gehäuse 1 eine zunehmende Bauhöhe aufweist. Im Übrigen erkennt man, dass das Riegelelement 6 inklusive Ausleger 13 und Ausnehmung 12 insgesamt ein einstückiges Bauteil aus einem thermoplastischen Kunststoff im Beispielfall definieren. Bei dem Anschlagpuffer 10 handelt es sich nach dem Ausführungsbeispiel um ein getrenntes Bauteil aus einem elastomeren Kunststoff.

Zur Montage des Endanschlagspuffers 10 ist dieser an einen Steg 14 in der Ausnehmung 12 lösbar angeschlossen. Der Steg 14 sorgt in diesem Zusammenhang dafür, dass die in Aufsicht U-förmige Ausnehmung 12 in etwa hälftig geteilt wird. Außerdem ist der Steg 14 mit einem in einer Montagerichtung M des Endanschlagspuffers 10 zulaufenden Aufnahmeschlitz 15 ausgerüstet. Der Aufnahmeschlitz 15 ist dabei in der fraglichen Montagerichtung M V-förmig zulaufend gestaltet.

Außerdem erkennt man, dass zwei sich in Bezug auf den größtenteils horizontal verlaufenden Steg 14 gegenüberliegende Endanschlagspuffer 10 realisiert sind. Die beiden Endanschlagspuffer 10 wechselwirken dabei einerseits mit dem Gegenanschlag 1 1 im Gehäuse 1 und andererseits dem weiteren in der Fig. 1 angedeuteten Gegenanschlag 1 1 im Deckel 2 für das Gehäuse 1 .

Die beiden Endanschlagspuffer 10 sind insgesamt gleich ausgebildet und greifen mit Hilfe eines sie koppelnden Verbindungsteges 10a in den Aufnahmeschlitz 15 des Steges 14 ein. Der Verbindungssteg 10a zwischen den beiden Endanschlagspuffern 10 erstreckt sich dabei jeweils ausgehend von einer Aussparung 10b im zugehörigen Endanschlagspuffer 10. Tatsächlich ist der jeweilige Endanschlagspuffer 10 nach dem Ausführungsbeispiel ringförmig in der Art eines „Donuts“ ausgebildet. Dadurch ergibt sich in seinem Zentrum die zuvor bereits angesprochene Aussparung 10b, die sich in den Verbindungssteg 10a zum weiteren zweiten Endanschlagspuffer 10 fortsetzt. Die Aussparung 10b ermöglicht große Dämpfungswege des Endanschlagspuffers 10, weil dieser in die Aussparung 10b bei seiner Verformung ausweichen und dadurch nahezu „plattgedrückt“ werden kann.

Bezugszeichenliste ; 7, 9 Elektromotorische Verriegelungseinheit für eine elektrische

Ladevorrichtung

Gehäuse

Deckel

Elektromotor

Getriebe

Zahnrad

Kurbelrad

Riegelelement 6a Fortsatz

Lademodul

Ladestecker

Ladesteckdose

Anschlag / Endanschlagspuffer 10a Verbindungssteg

10b Aussparung

Gegenanschlag

Ausnehmung

Ausleger

Steg

Aufnahmeschlitz

Linearrichtung