DE102018131610A1

DE102018131610A1 - Ladestecker mit einer Rastverbindungsdetektion

Info

Publication number: DE102018131610A1
Application number: DE102018131610.0A
Authority: DE
Inventors: Thomas Führer; Robert Babezki
Original assignee: Phoenix Contact eMobility GmbH
Current assignee: Phoenix Contact eMobility GmbH
Priority date: 2018-12-10
Filing date: 2018-12-10
Publication date: 2020-06-10
Also published as: US20220016988A1; WO2020120288A1; US11745607B2; DE112019006129A5

Abstract

Ladestecker (100) zur Kopplung mit einer korrespondierenden Steckverbindung (200) und zur Übertragung von elektrischer Energie, aufweisend ein Ladesteckergehäuse (110) mit einem Rastkörper (10), der dafür vorgesehen ist mit einem korrespondierenden Rastkörper (20) der Steckverbindung (200) eine lösbare kraft- und/oder formschlüssige Verbindung zwischen dem Ladestecker (100) und der Steckverbindung (200) zu bilden, wobei- der Rastkörper (10) in einem Abschnitt des Rastkörpers (10), der zur kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung mit dem korrespondierenden Rastkörper (20) vorgesehen ist, zumindest ein Detektierelement (11) aufweist, und wobei- das Ladesteckergehäuse (110) zumindest eine Sensoreinheit (111) aufweist, durch die das Detektierelement (11) detektierbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ladestecker zur Kopplung mit einer korrespondierenden Steckverbindung und zur Übertragung von elektrischer Energie, aufweisend ein Ladesteckergehäuse mit einem Rastkörper, der dafür vorgesehen ist mit einem korrespondierenden Rastkörper der Steckverbindung eine lösbare kraft- und/oder formschlüssige Rastverbindung zwischen dem Ladestecker und der Steckverbindung zu bilden.
Beim Aufladevorgang von Batterien können durch den Ladestecker hohe elektrische Ströme fließen. Insbesondere können beim Ladevorgang von Kraftfahrzeugen elektrische Ladeleistungen von 300 kW und darüber erreicht werden. Eine Trennung von der korrespondierenden Steckverbindung, beispielsweise einer Fahrzeugsteckverbindung, kann bei derart hohen Leistungen dazu führen, dass sich zwischen den Leistungskontakten des Ladesteckers und der korrespondierenden Steckverbindung ein Lichtbogen bildet. Der Lichtbogen kann zu Beschädigungen des Ladesteckers und der korrespondierenden Steckverbindung führen. Zudem kann der Lichtbogen eine Gefahr für einen Benutzer des Ladesteckers darstellen und erhebliche Verletzungen zur Folge haben kann.
Zur Verhinderung einer Trennung des Ladesteckers von der korrespondierenden Steckverbindung sind Verriegelungssysteme bekannt, die eine Trennung einer bestromten elektrischen Verbindung verhindern sollen. Beispielsweise sind bei Fahrzeugen Verriegelungssysteme bekannt, bei denen der Ladestecker einen Rastkörper aufweist, der in einen korrespondierenden Rastkörper der Fahrzeugsteckverbindung eingreift, wobei eine Stellung des Rastkörpers des Ladesteckers mittels eines Stellungsschalters abgefragt wird. Befindet sich der Rastkörper in einer eingerasteten Stellung, wird an der Fahrzeugsteckverbindung ein elektromechanisches Verriegelungssystem aktiviert, welches einen Verriegelungskörper derart über den Rastkörper fährt, dass dieser nicht mehr manuell lösbar ist. Eine Aufladung der Batterie wird nur durchgeführt, wenn sich der Rastkörper in der eingerasteten Stellung befindet und der Verriegelungskörper diesen verriegelt. Durch den Verriegelungskörper wird zudem eine Trennung des Ladesteckers von der Fahrzeugsteckverbindung verhindert. Außerdem wird der Ladevorgang abgebrochen, wenn der Stellungsschalter feststellt, dass sich der Rastkörper nicht in der eingerasteten Stellung befindet.
Es hat sich allerdings herausgestellt, dass Ladestecker beim Gebrauch erheblichen mechanischen Belastungen ausgesetzt sind, insbesondere durch Missbrauch und/oder direkten Vandalismus. Als Folge der erheblichen mechanischen Belastung kann es dazu kommen, dass Rastkörper der Ladestecker beschädigt oder sogar abgebrochen werden.
Die Beschädigung des Rastkörpers des Ladesteckers kann dazu führen, dass keine Rastverbindung zwischen den korrespondierenden Rastkörpern mehr vorliegt, sodass die Verriegelung nicht mehr möglich ist und eine Trennung des Ladesteckers von der Fahrzeugsteckverbindung erfolgen kann. Zudem kann eine Beschädigung des Rastkörpers dazu führen, dass der Stellungsschalter zur Erkennung der Stellung des Rastkörpers nicht erkennt, dass keine Rastverbindung mehr vorliegt und trotz Trennung des Ladesteckers von der Fahrzeugsteckverbindung den Ladevorgang fortsetzt. Die Trennung des Ladesteckers von der Fahrzeugsteckverbindung beim Ladevorgang, insbesondere bei Volllast, kann zu einem Lichtbogen führen, der eine Beschädigung des Ladesteckers und/oder der Fahrzeugsteckverbindung zur Folge haben kann und eine erhebliche Gefährdung eines Benutzers des Ladesteckers darstellt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ladestecker mit einer Rastverbindung zur Verfügung zu stellen, deren Funktionsfähigkeit zuverlässig und dauerhaft mit geringen technischem Aufwand überprüfbar ist, sodass ein sichererer Betrieb des Ladesteckers erzielt wird.
Die Aufgabe wird durch einen Ladestecker mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, wobei vorteilhafte Ausführungen in den Ausführungsbeispielen der abhängigen Ansprüche beschrieben sind.
Im Genaueren wird die zugrundeliegende Aufgabe durch einen Ladestecker gelöst, bei dem der Rastkörper in einem Abschnitt des Rastkörpers, der zur kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung mit dem korrespondierenden Rastkörper vorgesehen ist, zumindest ein Detektierelement aufweist, wobei der Ladestecker zumindest eine Sensoreinheit aufweist, die in oder am Ladesteckergehäuse angeordnet ist, und durch die das Detektierelement detektierbar ist. Vorzugsweise weist das Ladesteckergehäuse die zumindest eine Sensoreinheit auf. Dadurch befindet sich das Detektierelement in einem Abschnitt des Rastkörpers, der einer erhöhten mechanischen Belastung ausgesetzt ist, sodass eine Beschädigung am wahrscheinlichsten in diesem Abschnitt des Rastkörpers stattfindet. Zudem hat eine Beschädigung des Rastkörpers in diesem Abschnitt zur Folge, dass die Rastverbindung nicht mehr funktioniert oder die Funktionsfähigkeit der Rastverbindung zumindest eingeschränkt ist. Durch Detektion des Detektierelements mittels der Sensoreinheit wird somit der Abschnitt des Rastkörpers überwacht, der einer erhöhten mechanischen Belastung ausgesetzt ist und der für die sichere Funktion der Rastverbindung notwendig ist.
Vorteilhafterweise lässt sich so ein sichererer Betrieb des Ladesteckers erreichen, da durch die Sensoreinheit und das Detektierelement die Funktionsfähigkeit der Rastverbindung überwacht wird. Insbesondere ist es durch die Überwachung dieses Abschnitts möglich Beschädigungen des Rastkörpers früh zu erkennen und Sicherheitsmaßnahmen durchzuführen, um eine Trennung des Ladesteckers von der korrespondierenden Steckverbindung beim Ladevorgang, insbesondere bei Volllast, zu verhindern oder gar nicht erst einen Ladevorgang zu starten.
Vorzugsweise ist die Sensoreinheit des Ladesteckers dafür vorgesehen, eine Anwesenheit des Detektierelements am Rastkörper zu detektieren, wobei der Ladestecker und/oder eine am Ladestecker angeschlossene Ladestation eine Steuerungsschaltung aufweist, die mit der Sensoreinheit signaltechnisch verbunden ist, und wobei die Steuerungsschaltung dazu eingerichtet ist, einen Stromfluss durch ein Ladekabel des Ladesteckers zu unterbinden oder zu reduzieren, wenn zumindest ein Detektierelement nicht am Rastkörper anwesend ist. Die Sensoreinheit detektiert also, ob sich das Detektierelement am Rastkörper befindet. Durch die Sensorvorrichtung wird ein Signal ausgegeben, wenn das Detektierelement nicht anwesend ist, respektive das Detektierelement sich nicht am Rastkörper befindet. Sollte sich das Detektierelement nicht am Rastkörper befinden, da beispielsweise der Abschnitt des Rastkörpers, in dem sich das Detektierelement befunden hat durch erhöhte mechanische Belastung abgebrochen ist, wird dies durch die Steuerungsschaltung festgestellt und der Ladestecker und/oder die Ladestation so gesteuert, dass ein Ladevorgang gar nicht erst durchgeführt oder abgebrochen wird.
Vorteilhafterweise wird dadurch sichergestellt, dass kein Ladevorgang erfolgt, wenn die Rastverbindung außer Funktion ist. Insbesondere wird verhindert, dass eine Trennung des Ladesteckers von der korrespondierenden Steckverbindung beim Ladevorgang erfolgt oder erfolgen kann. Auf diese Weise wird eine Beschädigung des Ladesteckers und/oder der Steckverbindung sowie eine Gefährdung des Benutzers effektiv verhindert.
Vorzugsweise ist die Sensoreinheit des Ladesteckers dafür vorgesehen das Detektierelement kontaktlos zu detektieren. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Detektierelement um ein passives Bauteil, dass nicht elektrisch versorgt werden muss. Dadurch ist die Sensoreinheit räumlich von dem Detektierelement getrennt. Insbesondere wird dadurch erreicht, dass die Sensoreinheit keine mechanische Belastung erfährt, wohingegen das Detektierelement in einem Abschnitt des Rastkörpers angeordnet ist, der einer erhöhten mechanischen Belastung ausgesetzt ist. Vorteilhafterweise wird so die Sensoreinheit vor Beschädigungen geschützt, sodass die Funktionsfähigkeit dauerhaft erhalten bleibt. Zudem ist von Vorteil, dass die Position des Detektierelements am Rastköper frei gewählt werden kann, da keine Leitungsführung im oder am Rastkörper erforderlich ist. Insbesondere ist auch vorteilhaft, dass derartige Detektierelemente relativ klein sind, sodass sie ohne oder nur mit geringer mechanischer Beeinträchtigung des Rastköpers in oder an diesem angeordnet werden können.
In einer bevorzugten Ausführung weist das Detektierelement einen Magneten auf, wobei die Sensoreinheit einen Magnetfeldsensor aufweist, der dafür vorgesehen ist ein Magnetfeld des Magneten zu bestimmen. Besonders bevorzugt ist die Verwendung eines leistungsstarken Kleinstdauermagneten. Vorteilhafterweise kann dadurch ein Detektierelement zur Verfügung gestellt werden, dass durch das magnetische Feld kontaktlos detektierbar, räumlich kompakt, mechanisch belastbar und in der Herstellung kostengünstig ist. Zudem ermöglicht eine Kombination aus Magnet und Magnetfeldsensor auf einfache Weise eine zuverlässige Messung der Anwesenheit, eines Abstandes und/oder einer Abstandsänderung des Magneten zum Magnetfeldsensor, da Magnetfeldsensoren insbesondere eine präzise Messung einer Magnetfeldänderung ermöglichen und die Stärke des Magnetfeldes an der Position des Magnetfeldsensors insbesondere vom Abstand zum Magneten abhängt.
Eine alternative oder kumulative Ausführung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Detektierelement ein RFID-Bauteil aufweist, wobei die Sensoreinheit eine elektromagnetische Sender- und/oder Empfangseinheit aufweist, die dafür vorgesehen ist eine Abfragung des RFID-Bauteils durchzuführen. Vorteilhafterweise wird so ein Detektierelement zur Verfügung gestellt, dass durch ein elektromagnetisches Feld kontaktlos mittels der korrespondierenden Sender- und/oder Empfangseinheit detektiert werden kann. Insbesondere lässt sich bei mehreren Detektierelementen durch die Verwendung von RFID-Bauteilen eine Zuordnung realisieren, sodass mittels der Sender- und/oder Empfangseinheit bestimmt werden kann welches RFID-Bauteil nicht anwesend ist, respektive welcher Abschnitt des Rastkörpers beschädigt insbesondere abgebrochen ist. Zudem sind passive RFID-Bauteile räumlich kompakt und in der Herstellung kostengünstig.
Vorzugsweise weist der Rastkörper des Ladesteckers einen Rasthaken auf, durch den ein Rastvorsprung des korrespondierenden Rastkörpers hintergreifbar ist, wobei der Rasthaken zumindest eine Ausnehmung aufweist, in der das Detektierelement angeordnet ist. Bevorzugt befindet sich der Rasthaken an einem der korrespondierenden Steckverbindung zugewandten frontseitigen Ende eines Rasthebels des Rastkörpers, der um einen Lagerschwerpunkt innerhalb des Ladesteckers schwenkbar gelagert ist. Durch den Rasthaken des Rastköpers und durch den Rastvorsprung des korrespondierenden Rastkörpers wird zwischen dem Ladestecker und der korrespondierenden Steckverbindung eine lösbare Rastverbindung gebildet, die eine Trennung des Ladesteckers von der Steckverbindung bei Volllast verhindert. Das in der Ausnehmung des Rasthakens angeordnete Detektierelement befindet sich somit in dem Abschnitt des Rastkörpers, der einer erhöhten mechanischen Belastung ausgesetzt ist und die Funktion der Rastverbindung sicherstellt. Vorteilhafterweise lässt sich so durch das Detektierelement überwachen, ob sich der Rasthaken oder ein das Detektierelement aufweisende Abschnitt des Rasthakens am Rastköper befindet. Die Anordnung des Detektierelements in einer Ausnehmung am Rasthaken hat die Vorteile, dass die äußere Form des Rasthakens unverändert bleibt und das Detektierelement in der Ausnehmung vor äußeren Einflüssen, insbesondere mechanischen Belastungen, geschützt ist. Besonders bevorzugt ist die Ausnehmung durch eine einfach zu realisierende Sacklochbohrung gebildet.
Weiter vorzugsweise befindet sich die Ausnehmung an einer Auflagefläche des Rasthakens, die dafür vorgesehen ist mit dem korrespondierenden Rastkörper in Kontakt zu kommen und keinen Kontakt zum Rastvorsprung aufweist. Besonders bevorzugt befindet sich die Ausnehmung in einem Rasteckbereich zwischen der Auflagefläche und einer Rastfläche des Rasthakens, die dafür vorgesehen ist mit dem Rastvorsprung des korrespondierenden Rastkörpers hintergreifend in Kontakt zu kommen. Der durch die Rastfläche und durch die Auflagefläche des Rasthakens definierte Rasteckbereich ist einer erhöhten mechanischen Belastung ausgesetzt, sodass dieser Bereich typischerweise am häufigsten beschädigt und/oder abgebrochen wird. Zudem wird durch die Rastfläche des Rasthakens die Funktion der Rastverbindung sichergestellt, da die Rastfläche des Rasthakens den Rastvorsprung des korrespondierenden Rastkörpers im eingerasteten Zustand hintergreift. Vorteilhafterweise wird auf diese Weise der Abschnitt des Rasthakens durch die Sensoreinheit überwacht, der für die Funktionsfähigkeit der Rastverbindung verantwortlich ist und dementsprechend auch eine erhöhte mechanische Belastung erfährt.
Vorzugsweise weist der Rastkörper des Ladesteckers zumindest zwei Detektierelemente auf, wobei diese über den Rasthaken des Rastkörpers räumlich verteilt sind. Vorteilhafterweise können dadurch unterschiedliche Abschnitte des Rasthakens durch die Sensoreinheit überwacht werden, sodass auch eine Beschädigung insbesondere ein Abbruch eines Abschnitts des Rasthakens detektierbar ist. Insbesondere ist dadurch die Sicherheit erhöht, da die Zuverlässigkeit der Rastverbindung auch bei einer Teilbeschädigung des Rasthakens nicht gewährleistet ist.
Weiter vorzugsweise weist der Rastkörper des Ladesteckers zwei Detektierelemente auf, wobei sich die beiden Detektierelemente jeweils in seitlichen Eckbereichen zwischen der Auflagefläche des Rasthakens und jeweils einer Seitenfläche des Rasthakens befinden. Vorteilhafterweise wird durch die Anordnung der Detektierelemente in den seitlichen Eckbereichen eine Überwachung von Abschnitten des Rasthakens erreicht, die häufig beschädigt werden, insbesondere abbrechen.
Vorzugsweise ist die Sensoreinheit innerhalb des Ladesteckergehäuses angeordnet. Vorteilhafterweise ist die Sensoreinheit auf diese Weise vor äußeren Einflüssen, insbesondere der Witterung, geschützt. Zudem ist von Vorteil, dass der Signalweg zu einer innerhalb des Ladesteckergehäuses angeordneten Steuerungsschaltung relativ kurz ist.
Vorzugsweise weist das Ladesteckergehäuse an einer zur Verbindung mit der korrespondierenden Steckverbindung vorgesehenen Seite ein Frontelement auf, wobei die Sensoreinheit an einer dem Detektierelement zugewandten Seite des Frontelements angeordnet. Vorteilhafterweise ist so der Abstand zwischen der Sensoreinheit und dem Detektierelement reduziert, sodass sich das Detektierelement einfacher von der Sensoreinheit detektieren lässt.
Vorzugsweise ist am Frontelement des Ladesteckergehäuses oberhalb des Rastkörpers ein Dachabschnitt angeordnet, wobei die Sensoreinheit zwischen dem Dachabschnitt und dem Rastkörper an einer der korrespondierenden Steckverbindung zugewandten Stirnseite des Frontelements angeordnet ist. Vorteilhafterweise ist die Sensoreinheit so durch den Dachabschnitt geschützt, insbesondere vor mechanischer Belastung und vor Regen.
Weiter vorzugsweise ist die Sensoreinheit an einer dem Detektierelement zugewandten Seite des Dachabschnitts angeordnet. Vorteilhafterweise wird dadurch erreicht, dass die Sensoreinheit durch den Dachabschnitt geschützt ist. Zudem wird der Abstand zwischen dem Detektierelement und der Sensoreinheit verkürzt, sodass das Detektierelement besser zu detektieren ist.
Vorzugsweise ist die Sensoreinheit dafür vorgesehen, einen Abstand oder eine Abstandsänderung zwischen dem Detektierelement und der Sensoreinheit zu bestimmen, wobei der Ladestecker und/oder eine am Ladestecker angeschlossene Ladestation eine Steuerungsschaltung aufweist, die mit der Sensoreinheit signaltechnisch verbunden ist und dazu eingerichtet, eine Stellung des Rastkörpers im Ladesteckergehäuse zu bestimmen. Die Steuerungsschaltung bestimmt aus einem Signal der Sensoreinheit die Stellung des Rastkörpers. Beispielsweise wird bei einem Rastkörper, der einen schwenkbaren Rasthebel aufweist, die Schwenkstellung des Rasthebels bestimmt. Befindet sich der Rastköper in diesem Beispiel in einer eingerasteten Schwenkstellung, ist der Abstand des Detektierelements zur Sensoreinheit größer, als bei einer ausgerasteten Schwenkstellung, sodass durch die Abstandsmessung auf die Schwenkstellung rückgeschlossen werden kann. Eine Änderung der Stellung des Rastkörpers kann auch bestimmt werden, indem die Änderung des Abstandes durch die Sensoreinheit gemessen wird. Insbesondere lässt sich die Stellung des Rastkörpers bestimmen, indem die Änderung des magnetischen Feldes gemessen wird. Bei dieser Ausführungsvariante wird ein Stromfluss durch den Ladestecker erst durchgeführt, wenn sich der Rastkörper im eingerasteten, respektive verriegelten, Zustand befindet. Zudem kann es bevorzugt sein, dass ein Verriegelungssystem der korrespondierenden Steckverbindung aktiviert wird, wenn sich der Rastkörper im eingerasteten Zustand befindet. Vorteilhafterweise kann auf diese Weise durch eine einzige Sensoreinheit eine Funktionsprüfung der Rastverbindung und eine Messung der Rastkörperstellung durchgeführt werden, sodass insbesondere auf einen zusätzlichen Stellungsschalter zur Erkennung der Rastkörperstellung innerhalb des Ladesteckergehäuses verzichtet werden kann.
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich nachfolgend aus den erläuterten Ausführungsbeispielen. Dabei zeigen im Einzelnen:

1A: eine perspektivische Darstellung eines Ladesteckers und einer korrespondierenden Steckverbindung im getrennten Zustand;
1B: eine Seitenansicht des Ladesteckers und der korrespondierenden Steckvorrichtung im getrennten Zustand;
2A: eine Seitenansicht des Ladesteckers und der korrespondierenden Steckverbindung im zusammengesteckten Zustand;
2B: eine vergrößerte Seitenlängsschnittansicht einer Rastverbindung im eingerasteten Zustand mit erfindungsgemäßer Funktionsüberwachung durch ein an einem Rastkörper angeordnetes Detektierelement und eine Sensoreinheit;
3A: eine vergrößerte Seitenlängsschnittansicht des zur Rastverbindung vorgesehenen Bereichs des Ladesteckers, wobei die Sensoreinheit an einem Dachabschnitt eines Frontelements eines Ladesteckergehäuses angeordnet ist;
3B: eine Seitenansicht der Front des Ladesteckers mit Längsschnittausschnitt des zur Rastverbindung vorgesehen Bereichs aus 3A;
4A: eine vergrößerte Seitenlängsschnittansicht des zur Rastverbindung vorgesehenen Bereichs des Lagesteckers, wobei die Sensoreinheit an dem Frontelement des Ladesteckergehäuses unterhalb des Dachabschnitts angeordnet ist;
4B: eine Seitenansicht der Front des Ladesteckers mit Längsschnittausschnitt des zur Rastverbindung vorgesehen Bereichs aus 4A;
5: eine Seitenansicht eines Rastkörpers des Ladesteckers mit Längsschnittausschnitt im Bereich des Detektierelements;
6A: eine Frontansicht des Rastkörpers mit Querschnittausschnitt im Bereich des Detektierelements, wobei der Rastkörper ein Detektierelement aufweist;
6B: eine Frontansicht des Rastkörpers mit Querschnittausschnitt im Bereich der Detektierelemente, wobei der Rastkörper zwei Detektierelemente aufweist;
7: eine vergrößerte Seitenansicht des zur Rastverbindung vorgesehenen Bereichs des Lagesteckers, wobei ein Rasthaken vom Rastkörper abgebrochen ist; und
8: eine perspektivische Darstellung des Rastkörpers, wobei ein seitlicher Eckbereich des Rasthakens abgebrochen ist.

In der nun folgenden Beschreibung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteile beziehungsweise gleiche Merkmale, sodass eine in Bezug auf eine Figur durchgeführte Beschreibung bezüglich eines Bauteils auch für die anderen Figuren gilt, sodass eine wiederholende Beschreibung vermieden wird. Ferner sind einzelne Merkmale, die in Zusammenhang mit einer Ausführungsform beschrieben wurden, auch separat in andere Ausführungsformen verwendbar.
In 1A ist ein Ladestecker 100 perspektivisch dargestellt. Der Ladestecker 100 weist einen frontseitigen Bereich 100 1 auf, der dafür vorgesehen ist, in eine korrespondierende Steckverbindung 200 gesteckt zu werden. Der Ladestecker 100 weist ein Ladesteckergehäuse 110 auf, das durch ein frontseitiges Frontelement 112 und einen Gehäusekörper 113 gebildet ist. Am rückseitigen Bereich 100_2 des Ladesteckers 100 befindet sich ein Haltegriff 115, der für die Handhabung des Ladesteckers 100 vorgesehen ist. In das Ladesteckergehäuse 110 ist ein Ladekabel 120 eingeführt, dessen Leistungsleitungen im Ladesteckergehäuse 110 mit frontseitigen Leitungskontaktbuchsen 121 verbunden sind. Die Leistungskontaktbuchsen 121 sind dafür vorgesehen, mit Leistungskontaktstiften 221 der korrespondierenden Steckverbindung 200 eine elektrische Verbindung herzustellen. Zum Schutz der Leistungskontaktbuchsen 121 weist das Frontelement 112 eine Kontaktschutzwand 116 auf.
Beim Ladevorgang von Batterien können durch den Ladestecker 100 hohe elektrische Leistungen übertragen werden, sodass eine Trennung von der korrespondierenden Steckverbindung 200 zur Bildung eines Lichtbogens zwischen den Leistungskontaktbuchsen 121 und den Leistungskontaktstiften 221 führen kann. Zur Verhinderung einer Trennung bei Volllast weist der Ladestecker 100 einen Rastkörper 10 auf, der im zusammengesteckten Zustand eine lösbare form- und/oder kraftschlüssige Rastverbindung mit einem korrespondierenden Rastkörper 20 der korrespondierenden Steckverbindung 200 bildet.
1B zeigt eine Seitenansicht des Ladesteckers 100 und der korrespondierenden Steckvorrichtung 200 im getrennten Zustand. Der zur Rastverbindung vorgesehene Bereich und ein rückseitiger Bereich des Ladesteckergehäuses 110 sind in dieser Darstellung als Seitenlängsschnitt dargestellt. Durch den Seitenlängsschnitt ist die Anordnung des Rastkörpers 10 innerhalb des Ladesteckers 100 erkennbar. Der Rastkörper 10 weist einen frontseitigen Rasthaken 12 und einen Rasthebel 13 auf, der im Ladesteckergehäuse 110 um einen Lagerschwerpunkt schwenkbar gelagert ist. Die Schwenkstellung des Rastkörpers 10 wird mittels eines Stellungsschalters 117 bestimmt. Im getrennten Zustand befindet sich der Stellungsschalter 117 nicht in Kontakt mit dem Rasthebel 13 des Rastkörpers 10.
In 2A ist eine Seitenansicht des Ladesteckers 100 und der korrespondierenden Steckverbindung 200 im zusammengesteckten Zustand dargestellt. Der zur Rastverbindung vorgesehene Bereich ist in dieser Darstellung als Seitenlängsschnitt dargestellt. Dieser Bereich ist in 2B vergrößert dargestellt. Im zusammengesteckten Zustand hintergreift der Rasthaken 12 einen Rastvorsprung 21 des korrespondierenden Rastkörpers 20, wobei eine Rastfläche 16 des Rasthakens 12 mit einer Rastkante 22 des Rastvorsprungs 21 in Kontakt ist, sodass sich die beiden Rastkörper 10 und 20 im eingerasteten Zustand befinden. Im zusammengesteckten Zustand liegt kein Kontakt zwischen dem Rasthebel 13 und dem Stellungsschalter 117 vor. Ein Kontakt zwischen Stellungsschalter 117 und Rasthebel 13 liegt vor, wenn der Ladestecker 100 in die korrespondierende Steckverbindung 200 gesteckt wird und der Rasthaken 12 des Rastkörpers 10 auf dem Rastvorsprung 21 des korrespondierenden Rastkörpers 20 entlanggleitet. Vorzugsweise ist der Rasthebel 13 mit einer Federkraft beaufschlagt, sodass der frontseitige Rasthaken 12 in eine eingerastete Schwenkstellung gedrückt wird.
Um eine Trennung des Ladesteckers bei Volllast zu vermeiden, wird seitens der korrespondierenden Steckverbindung ein Verriegelungssystem aktiviert und ein Verriegelungskörper 23 in Richtung des Ladesteckers 100 verfahren, wenn sich der Rastkörper 10 in der eingerasteten Stellung befindet. Wie in den 2A und 2B dargestellt, befindet sich dann der Verriegelungskörper 23 oberhalb des Rastkörpers 10 und verhindert so, dass der Rastkörper 10 aus der eingerasteten Stellung verschwenkt werden kann. Zudem wird ein Ladevorgang erst gestartet, wenn sich der Verriegelungskörper 23 in dem dargestellten verriegelten Zustand befindet. Als zusätzliche Sicherheit wird ein Ladevorgang abgebrochen, wenn der Stellungsschalter 117 feststellt, dass der Rastkörper 10 in eine ausgerastete Stellung verschwenkt wird. Diese Sicherheitsmaßnahmen funktionieren nicht mehr, wenn der Rasthaken 12, wie in den 7 und 8 dargestellt, beschädigt oder abgebrochen ist, da der Ladestecker 100 in diesem Fall ohne Verschwenken des Rastkörpers 10 aus der korrespondierenden Steckverbindung 200 herausgezogen werden kann.
Zur Funktionsüberwachung der Rastverbindung weisen der Rastkörper 10 ein Detektierelement 11 und das Ladesteckergehäuse 110 eine Sensoreinheit 111 auf. Wie in 2B dargestellt, ist das Detektierelement 11 vorzugsweise in einer Ausnehmung 14 des Rasthakens 12 angeordnet, da der Rasthaken 12 einer erhöhten mechanischen Belastung ausgesetzt ist und für die Funktion der Sicherheitsmaßnahmen verantwortlich ist. Die Sensoreinheit 111 ist bevorzugt an einer dem Detektierelement 11 zugewandten Seite eines Dachabschnitts 114 des Frontelements 112 angeordnet, um einen möglichst geringen Abstand von Detektierelement 11 und Sensoreinheit 111 zu erzielen. Die Sensoreinheit 111 ist über eine Sensorleitung 118 mit einer Steuerungsschaltung verbunden, die einen Ladevorgang durch den Ladestecker 100 unterbindet oder gar nicht erst startet, wenn die Sensoreinheit 111 feststellt, dass sich das Detektierelement 11 nicht an dem Rastkörper 12 befindet, respektive nicht am Rastkörper 10 anwesend ist. Sollte die Sensoreinheit 111 detektieren, dass das Detektierelement 11 nicht am Rastkörper 10 anwesend ist, ist dies ein Hinweis darauf, dass der Rasthaken 12 oder ein Abschnitt des Rasthakens 12 mit dem darin angeordneten Detektierelement 11 beschädigt ist, insbesondere abgebrochen ist, sodass die Funktionsfähigkeit der Rastverbindung nicht mehr sichergestellt ist.
Die 3A und 3B zeigen die Ausführungsvariante des Ladesteckers 100 aus den 2A und 2B, wobei die korrespondierende Steckverbindung 200 nicht dargestellt ist. Bei dieser Ausführungsvariante befindet sich die Sensoreinheit 111 an einer dem Detektierelement 11 zugewandten Seite eines Dachabschnitts 114 des Frontelements 112 und ist durch eine im Dachabschnitt 114 geführte Signalleitung mit einer Steuerungsschaltung verbunden, die sich im Ladesteckergehäuse 110 oder in einer mit dem Ladestecker 100 verbundenen Ladestation befindet. Vorteilhafterweise ist die Sensoreinheit 111 auf die Weise näher am Detektierelement 11 angeordnet.
Die 4A und 4B zeigen eine weitere Ausführungsvariante des Ladesteckers, wobei 4B eine Seitenansicht zeigt und 4A eine vergrößerte Seitenlängsschnittansicht des zur Rastverbindung vorgesehenen Bereichs darstellt. Bei dieser Ausführungsvariante ist die Sensoreinheit 111 an der dem Detektierelement 11 zugewandten Seite des Frontelements 112 des Ladesteckergehäuses 110 angeordnet. Die Sensoreinheit 111 ist zum Schutz vor mechanischer Belastung und Witterung unterhalb des Dachabschnitts 114 und oberhalb des Rastkörpers 10 angeordnet. Die Sensorleitung 118 ist durch das Frontelement 112 in das innere des Ladesteckergehäuses 110 zu einer Steuerungsschaltung geführt.
Der Rastkörper 10 ist in 5 in einer Seitenansicht gezeigt. Am frontseitigen Ende des Rasthebels 13 ist der Rasthaken 12 angeordnet. Der Rasthaken 12 weist eine Auflagefläche 14 auf, die dafür vorgesehen ist mit dem korrespondierenden Rastkörper 20 in Kontakt zu kommen, beziehungsweise auf diesem, wie in 2B gezeigt, aufzuliegen. Zum Kontakt mit dem Rastvorsprung 21 des korrespondierenden Rastkörpers 20 ist die Rastfläche 16 vorgesehen. Zwischen der Auflagefläche 14 und der Rastfläche 16 weist der Rasthaken 12 einen Rasteckbereich 17 auf. Wie durch den Längsschnittausschnitt in 5 gezeigt, weist der Rasteckbereich 17 des Rasthakens 12 eine Ausnehmung 14 auf, in der das Detektierelement 11 angeordnet ist. Auf diese Weise befindet sich das Detektierelement 11 in dem Abschnitt des Rasthakens 12 der eine erhöhte mechanische Belastung aufweist und für die Funktion der Rastverbindung verantwortlich ist.
6A zeigt eine Frontansicht des Rastkörpers 10, der am Rasthaken 12 eine Ausnehmung 14 aufweist, in der eine Sensoreinheit 11 angeordnet ist. Bei einer einzigen Ausnehmung befindet sich diese vorzugsweise in Querrichtung in der Mitte des Rasthakens 12. In Längsrichtung befindet sich die Ausnehmung 14, wie in 5 dargestellt, vorzugsweise im Rasteckbereich 17.
Die in 6B dargestellte Ausführungsvariante des Rastkörpers 10 weist zwei Detektierelemente 11 auf, die jeweils in den beiden Ausnehmungen 14 angeordnet sind. Der Rasthaken 12 weist an seinen Seiten zwei Seitenflächen 19 auf. Zwischen den Seitenflächen 19 und der Auflagefläche 15 befinden sich die seitlichen Eckbereiche 18 des Rasthakens 12. In den seitlichen Eckbereichen 18 befindet sich in dieser Ausführungsvariante jeweils eine Ausnehmung 14 in der jeweils zumindest ein Detektierelement 11 angeordnet ist. In Längsrichtung befindet sich die Ausnehmung 14, wie in 5 dargestellt, bevorzugt im Rasteckbereich 17. In den Eckbereichen 17 und 18 liegen beim Betrieb des Ladesteckers 100 hohen mechanischen Belastungen vor, die zu Beschädigungen des Rasthakens führen können. Insbesondere können die seitlichen Eckbereiche 18 und/oder Rasteckbereiche 17 bei einer mechanischen Belastung leichter abbrechen.
Bei den dargestellten Ausführungsvarianten sind die Detektierelemente 11 kontaktlos durch die Sensoreinheit 111 detektierbar, wobei es bevorzugt ist, dass die Detektierelemente 11 passiv sind, d.h. keiner elektrischen Versorgung bedürfen. Vorzugsweise weisen die Detektierelemente 11 jeweils zumindest einen Magneten auf, dessen Magnetfeld von einem Magnetfeldsensor der Sensoreinheit 111 bestimmbar ist. Weiter vorzugsweise weisen die Detektierelemente 11 zumindest ein RFID-Bauteil auf, das von einer entsprechenden Sende- und/oder Empfangseinheit auslesbar ist.
Die 7 und 8 stellen beispielsweise mögliche Beschädigungen des Rastkörpers 10 dar, die durch das Detektierelement 11 in Kombination mit der Sensoreinheit 111 registriert werden können. In 7 ist der Rasthebel 13 des Raskörpers 10 gebrochen, sodass sich der gesamte Rasthaken 12 nicht mehr am Rastkörper 10 befindet. 8 stellt eine Beschädigung dar, bei der ein seitlicher Eckbereich 18 des Rasthakens 12 abgebrochen ist.
Bezugszeichenliste

10: Rastkörper (des Ladesteckers)
11: Detektierelement
12: Rasthaken
13: Rasthebel
14: Ausnehmung
15: Auflagefläche (des Rasthakens)
16: Rastfläche (des Rasthakens)
17: Rasteckbereich (des Rasthakens)
18: seitliche Eckbereiche (des Rasthakens)
19: Seitenflächen (des Rasthakens)
20: korrespondierender Rastkörper (der Steckverbindung)
21: Rastvorsprung (des korrespondierenden Rastkörpers)
22: Rastkante
23: Verriegelungkörper (der Steckverbindung)
100: Ladestecker
100 1: frontseitiger Bereich (des Ladesteckers)
100 2: rückseitiger Bereich (des Ladesteckers)
110: Ladesteckergehäuse
111: Sensoreinheit
112: Frontelement (des Ladesteckergehäuses)
113: Gehäusekörper (des Ladesteckergehäuses)
114: Dachabschnitt (des Ladesteckergehäuses)
115: Haltegriff (des Ladesteckergehäuses)
116: Kontaktschutzwand (des Ladesteckergehäuses)
117: Stellungsschalter
118: Sensorleitung (der Sensoreinheit)
120: Ladekabel (des Ladesteckers)
121: Leistungskontaktbuchse
200: korrespondierende Steckverbindung
221: Leistungskontaktstift

Claims

Ladestecker (100) zur Kopplung mit einer korrespondierenden Steckverbindung (200) und zur Übertragung von elektrischer Energie, aufweisend ein Ladesteckergehäuse (110) mit einem Rastkörper (10), der dafür vorgesehen ist, mit einem korrespondierenden Rastkörper (20) der Steckverbindung (200) eine lösbare kraft- und/oder formschlüssige Verbindung zwischen dem Ladestecker (100) und der Steckverbindung (200) zu bilden, wobei - der Rastkörper (10) in einem Abschnitt des Rastkörpers (10), der zur kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung mit dem korrespondierenden Rastkörper (20) vorgesehen ist, zumindest ein Detektierelement (11) aufweist, und wobei - der Ladestecker (100) zumindest eine Sensoreinheit (111) aufweist, die in oder am Ladesteckergehäuse (110) angeordnet ist, und durch die das Detektierelement (11) detektierbar ist.
Ladestecker (100) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: - die Sensoreinheit (111) dafür vorgesehen ist, eine Anwesenheit des Detektierelements (11) am Rastkörper (10) zu detektieren; und - der Ladestecker (100) und/oder eine am Ladestecker (100) angeschlossene Ladestation weisen eine Steuerungsschaltung auf, die mit der Sensoreinheit (111) signaltechnisch verbunden ist; und - die Steuerungsschaltung ist dazu eingerichtet, einen Stromfluss durch ein Ladekabel (120) des Ladesteckers (100) zu unterbinden oder zu reduzieren, wenn zumindest ein Detektierelement (11) nicht am Rastkörper (10) anwesend oder fehlpositioniert ist.
Ladestecker (100) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - die Sensoreinheit (111) ist dafür vorgesehen, das Detektierelement (11) kontaktlos zu detektieren.
Ladestecker (100) nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: - das Detektierelement (11) weist einen Magneten auf; und - die Sensoreinheit (111) weist einen Magnetfeldsensor auf, der dafür vorgesehen ist, ein Magnetfeld des Magneten zu bestimmen.
Ladestecker (100) nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: - das Detektierelement (11) weist ein RFID-Bauteil auf; und - die Sensoreinheit (111) weist eine elektromagnetische Sender- und/oder Empfangseinheit, die dafür vorgesehen ist, eine Abfragung des RFID-Bauteils durchzuführen.
Ladestecker (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: - der Rastkörper (10) weist einen Rasthaken (12) auf, durch den ein Rastvorsprung (21) des korrespondierenden Rastkörpers (20) hintergreifbar ist; und - der Rasthaken (12) weist zumindest eine Ausnehmung (14) auf, in der das Detektierelement (11) angeordnet ist.
Ladestecker (100) nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: - die Ausnehmung (14) befindet sich an einer Auflagefläche (15) des Rasthakens (12), die dafür vorgesehen ist, mit dem korrespondierenden Rastkörper (20) in Kontakt zu kommen und keinen Kontakt zum Rastvorsprung (21) aufweist; und/oder - die Ausnehmung (14) befindet sich in einem Rasteckbereich (17) zwischen der Auflagefläche (15) und einer Rastfläche (16) des Rasthakens (12), die dafür vorgesehen ist, mit dem Rastvorsprung (21) des korrespondierenden Rastkörpers (20) hintergreifend in Kontakt zu kommen.
Ladestecker (100) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: - der Rastkörper (10) weist zumindest zwei Detektierelemente (11) auf; und - die Detektierelemente (11) sind über den Rasthaken (12) des Rastkörpers (10) räumlich verteilt.
Ladestecker (100) nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: - der Rastkörper (10) weist zwei Detektierelemente (11) auf; und - die beiden Detektierelemente (11) befinden sich jeweils in seitlichen Eckbereichen (18) zwischen der Auflagefläche (15) des Rasthakens (12) und jeweils einer Seitenfläche (19) des Rasthakens (12).
Ladestecker (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - die Sensoreinheit (111) ist innerhalb des Ladesteckergehäuses (110) angeordnet.
Ladestecker (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: - das Ladesteckergehäuse (110) weist an einer zur Verbindung mit der korrespondierenden Steckverbindung (200) vorgesehenen Seite ein Frontelement (112) auf; und - die Sensoreinheit (111) ist an einer dem Detektierelement (11) zugewandten Seite des Frontelements (112) angeordnet.
Ladestecker (100) nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: - das Frontelement (112) des Ladesteckergehäuses (110) weist oberhalb des Rastkörpers (10) einen Dachabschnitt (114) auf; und - die Sensoreinheit (111) ist zwischen dem Dachabschnitt (114) und dem Rastkörper (10) an einer der korrespondierenden Steckverbindung (200) zugewandten Stirnseite des Frontelements (112) angeordnet; und/oder - die Sensoreinheit (111) ist an einer dem Detektierelement (11) zugewandten Seite des Dachabschnitts (114) angeordnet.
Ladestecker (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: - die Sensoreinheit (111) ist dafür vorgesehen, einen Abstand und/oder eine Abstandsänderung zwischen dem Detektierelement (11) und der Sensoreinheit (111) zu bestimmen; und - der Ladestecker (100) und/oder eine am Ladestecker (100) angeschlossene Ladestation weist eine Steuerungsschaltung auf, die mit der Sensoreinheit (111) signaltechnisch verbunden ist; und - die Steuerungsschaltung ist dazu eingerichtet, eine Stellung des Rastkörpers (10) im Ladesteckergehäuse (110) zu bestimmen.