DE102019120962A1 - Electromotive drive unit for automotive applications - Google Patents
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Abstract
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine elektromotorische Antriebseinheit für kraftfahrzeugtechnische Anwendungen, insbesondere eine Verriegelungseinheit für eine elektrische Ladevorrichtung (1, 2, 3, 4) eines Kraftfahrzeuges. Die Antriebseinheit verfügt über ein verfahrbares Stellelement (1), insbesondere ein Riegelelement (1), welches beispielsweise dazu vorgesehen ist, einen Ladestecker (2) in einer Ladesteckdose (3) der elektrischen Ladevorrichtung (1, 2, 3, 4) lösbar zu verriegeln. Außerdem ist ein motorischer Antrieb mit Elektromotor (4) zur vorzugsweise linearen Verstellung des Stellelementes (1) realisiert, wobei wenigstens ein Lager (6a, 6b) zur Führung des Stellelementes (1) vorgesehen ist. Erfindungsgemäß ist das Lager (6a, 6b) im Querschnitt bogenförmig mit in Betätigungsrichtung (B) des Stellelementes (1) unterschiedlichen Bögen (R1, R2) ausgebildet.The present invention relates to an electromotive drive unit for motor vehicle applications, in particular a locking unit for an electric charging device (1, 2, 3, 4) of a motor vehicle. The drive unit has a movable adjusting element (1), in particular a locking element (1), which is provided, for example, to releasably lock a charging plug (2) in a charging socket (3) of the electric charging device (1, 2, 3, 4) . In addition, a motor drive with an electric motor (4) is implemented for the preferably linear adjustment of the adjusting element (1), at least one bearing (6a, 6b) being provided for guiding the adjusting element (1). According to the invention, the bearing (6a, 6b) is arcuate in cross section with arcs (R1, R2) that differ in the actuating direction (B) of the actuating element (1).
Description
Die Erfindung betrifft eine elektromotorische Antriebseinheit für kraftfahrzeugtechnische Anwendungen, insbesondere eine Verriegelungseinheit für eine elektrische Ladevorrichtung eines Kraftfahrzeuges, mit einem verfahrbaren Stellelement, insbesondere Riegelelement, welches beispielsweise dazu vorgesehen ist, einen Ladestecker in einer Ladesteckdose der elektrischen Ladevorrichtung lösbar zu verriegeln, und mit einem motorischen Antrieb mit Elektromotor zur vorzugsweise linearen Verstellung des Stellelementes, wobei wenigstens ein Lager zur Führung des Stellelementes vorgesehen ist.The invention relates to an electromotive drive unit for motor vehicle applications, in particular a locking unit for an electric charging device of a motor vehicle, with a movable actuating element, in particular a locking element, which is provided, for example, to releasably lock a charging plug in a charging socket of the electric charging device, and with a motorized one Drive with an electric motor for preferably linear adjustment of the adjusting element, at least one bearing being provided for guiding the adjusting element.
Elektromotorische Antriebseinheiten für kraftfahrzeugtechnische Anwendungen sind in vielfältiger Form bekannt. So geht es unter anderem bei der gattungsbildenden
Primär geht es bei der vorliegenden Erfindung um eine Verriegelungseinheit für eine elektrische Ladevorrichtung eines Kraftfahrzeuges. Mit Hilfe der Verriegelungseinheit kann der Ladestecker gegenüber der Ladesteckdose der elektrischen Ladevorrichtung lösbar verriegelt werden, um einen elektrischen Ladevorgang eines Elektro- oder Hybridkraftfahrzeuges zu begleiten und sicherzustellen.The present invention is primarily concerned with a locking unit for an electric charging device of a motor vehicle. With the aid of the locking unit, the charging plug can be releasably locked with respect to the charging socket of the electric charging device in order to accompany and ensure an electric charging process of an electric or hybrid motor vehicle.
Tatsächlich müssen Akkumulatoren von Elektro- oder Hybridkraftfahrzeugen 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 im Allgemeinen der Ladestecker der Ladesäule mit einer kraftfahrzeugseitigen Ladesteckdose gekoppelt und lösbar verriegelt. Grundsätzlich kann auch umgekehrt vorgegangen werden. Dann ist die Ladesäule mit einer Ladesteckdose ausgerüstet, wohingegen sich der Ladestecker kraftfahrzeugseitig findet.In fact, batteries in electric or hybrid vehicles have to be regularly supplied with electrical energy. This is done with recourse to a charging infrastructure, which typically includes charging stations. For the charging process with electrical energy, the charging plug of the charging station is generally coupled to a charging socket on the motor vehicle side and is releasably locked. In principle, it is also possible to proceed in reverse. The charging station is then equipped with a charging socket, whereas the charging plug is on the vehicle side.
In jedem Fall ist die Verriegelung 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
Die Verstellung des Stellelementes und insbesondere Riegelelementes wird im Stand der Technik nach der
Darüber hinaus sind vergleichbare Lösungen im weiteren und ebenfalls gattungsbildenden Stand der Technik nach der
Eine ähnliche Lösung wird in der
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 Ladestecker 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.In this way, at least and in principle, the two positions “unlocked” and “locked” of the locking element can be implemented and specified. In the "unlocked" position of the locking element, the charging plug can be removed from the charging socket. The "locked" position, on the other hand, ensures that the charging plug is locked and secured opposite the charging socket. This position is typically only assumed when a previously provided user identification has been successfully completed and payment for the electrical energy drawn is also ensured. The charging process is only started after the locking element has ensured that the charging plug has been locked with respect to the charging socket.
Im Allgemeinen ist die kraftfahrzeugseitige Ladesteckdose zusammen mit dem Antrieb bzw. der elektromotorischen Antriebseinheit und insbesondere der Verriegelungseinheit für die Ladevorrichtung des Kraftfahrzeuges an oder in einer Karosserie des Kraftfahrzeuges angeordnet und montiert, meistens in einer Karosserieöffnung oder Karosserieausnehmung, die darüber hinaus mit einer zusätzlichen Klappe verschlossen sein mag. Das Stellelement bzw. Riegelelement ist in diesem Zusammenhang ebenso wie ein die elektromotorische Antriebseinheit aufnehmendes Gehäuse meistens aus Kunststoff gefertigt, schon um für eine zusätzliche elektrische Isolierung gegenüber der zumeist metallischen Karosserie des Kraftfahrzeuges sorgen zu können. Zu diesem Zweck werden das Stellelement bzw. Riegelelement und auch das Gehäuse meistens im Zuge eines Kunststoffformungsvorganges und insbesondere Kunststoffspritzgussvorganges hergestellt.In general, the charging socket on the motor vehicle side is arranged and mounted together with the drive or the electromotive drive unit and in particular the locking unit for the charging device of the motor vehicle on or in a body of the motor vehicle, mostly in a body opening or body recess which is also closed with an additional flap may be. In this context, the adjusting element or locking element, like a housing accommodating the electromotive drive unit, is mostly made of plastic, in order to be able to provide additional electrical insulation from the mostly metallic body of the motor vehicle. For this purpose, the adjusting element or locking element and also the housing are mostly produced in the course of a plastic molding process and in particular a plastic injection molding process.
Bei der Auslegung solcher Kunststoffteile und zugehöriger Spritzgusswerkzeuge sind verschiedene in der Praxis zu beachtende Konstruktionsregeln zu berücksichtigen. Neben den allgemeinen Bestrebungen mit möglichst konstanten und geringen Wandstärken bei der Auslegung des Gehäuses zu arbeiten sowie großflächige und ebene Bereiche zu vermeiden, werden typischerweise sogenannte Entformungsschrägen eingesetzt. Solche Entformungsschrägen als Bestandteile von Spritzgusswerkzeugen sorgen dafür, bei der Entformung der genannten Kunststoffteile zwangsläufig auftretende Reibungskräfte gering zu halten. Tatsächlich kommen solche Entformungsschrägen oftmals bei Strukturen im Innern des Gehäuses zum Einsatz. Zu diesem Zweck werden im Allgemeinen entsprechende Wände des Formteils leicht abgeschrägt, wobei zugehörige Winkel meistens empirisch ermittelt werden.When designing such plastic parts and the associated injection molding tools, various design rules to be observed in practice must be taken into account. In addition to the general endeavors to work with the lowest possible wall thicknesses when designing the housing and to avoid large and flat areas, so-called draft angles are typically used. Such draft angles as components of injection molding tools ensure that the frictional forces that inevitably occur when the plastic parts are removed from the mold are kept low. In fact, such draft angles are often used for structures inside the housing. For this purpose, the corresponding walls of the molded part are generally beveled slightly, the associated angles mostly being determined empirically.
Um die Kosten gering zu halten, wird beim Stand der Technik nach der
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine derartige elektromotorische Antriebseinheit für kraftfahrzeugtechnische Anwendungen so weiterzuentwickeln, dass die Fertigung und der Verschleiß ebenso wie die dauerhafte Funktionsfähigkeit optimiert sind.The invention is based on the technical problem of further developing such an electromotive drive unit for motor vehicle applications in such a way that production and wear and tear as well as permanent functionality are optimized.
Zur Lösung dieser technischen Problemstellung schlägt die Erfindung bei einer gattungsgemäßen elektromotorischen Antriebseinheit vor, dass das Lager im Querschnitt bogenförmig mit in Betätigungsrichtung des Riegelelementes unterschiedlichen Bögen bzw. Radien ausgebildet ist.To solve this technical problem, the invention proposes in a generic electromotive drive unit that the bearing is arcuate in cross section with different arcs or radii in the direction of actuation of the locking element.
Meistens ist das Lager im Querschnitt kreisbogenförmig ausgebildet. Außerdem verfügt das Lager im Querschnitt und in der Betätigungsrichtung des Stellelementes bzw. Riegelelementes über wenigstens zwei voneinander abweichende und unterschiedliche Radien. Die beiden bzw. die zumindest zwei Radien des im Querschnitt kreisbogenförmigen Lagers berühren sich dabei vorteilhaft im Kontaktbereich mit dem Stellelement.Most of the time, the bearing has a circular arc shape in cross section. In addition, the bearing has at least two radii that differ from one another and are different in cross-section and in the direction of actuation of the actuating element or locking element. The two or the at least two radii of the bearing, which is arcuate in cross section, advantageously touch in the contact area with the actuating element.
Auf diese Weise wird zunächst einmal ein Lager für das im Allgemeinen linear verfahrbare Stellelement und insbesondere Riegelelement zur Verfügung gestellt, welches optimale Reibungsverhältnisse, einen verringerten Verschleiß und eine verbesserte Führung des Stellelementes bei seinem absolvierten linearen Stellweg in sich vereinigt. Denn zumindest im Kontaktbereich der beiden Radien mit dem Stellelement kann insgesamt ein an dieser Stelle eingesetztes und für die Definition des Lagers verantwortlich zeichnendes Entformungswerkzeug oder Entformungswerkzeugteil als Bestandteil eines Spritzgusswerkzeuges so bemessen und ausgelegt werden, dass in dem fraglichen Kontaktbereich keine Entformungsschräge benötigt wird.In this way, first of all, a bearing for the generally linearly displaceable adjusting element and in particular locking element is made available which combines optimal friction conditions, reduced wear and improved guidance of the adjusting element during its completed linear adjustment path. Because at least in the contact area of the two radii with the adjusting element, a demolding tool or demolding tool part used at this point and responsible for the definition of the bearing can be dimensioned and designed as a component of an injection molding tool in such a way that no demolding bevel is required in the contact area in question.
Das heißt zunächst einmal, dass das Lager aus Kunststoff hergestellt wird bzw. als Kunststoffformteil und insbesondere Kunststoffspritzgussteil ausgelegt ist. Außerdem ist das Lager in diesem Zusammenhang regelmäßig an ein ebenfalls aus Kunststoff hergestelltes Gehäuse für die elektromotorische Antriebseinheit angeschlossen bzw. einstückig mit diesem ausgeformt. In einer bevorzugten Ausgestaltungen setzt sich das Lager aus einerseits einer an das Gehäuse angeschlossenen Lagerrippe und andererseits einer mit Hilfe der Lagerrippe abgestützten stellelementseitigen Lagerwand zusammen, welche den im Querschnitt beschriebenen und speziellen kreisbogenförmigen Charakter aufweist. Außerdem ist die Lagerwand vorteilhaft in Richtung auf das Stellelement konvex bogenförmig bzw. konvex kreisbogenförmig ausgebildet. In einer alternativen Ausgestaltung kann anstelle an einer speziellen Lagerrippe sich die Lagerwand auch an einer Gehäusewandung abgestützt werden.This means first of all that the bearing is made of plastic or is designed as a plastic molded part and in particular a plastic injection molded part. In addition, in this context the bearing is regularly connected to a housing, likewise made of plastic, for the electromotive drive unit or is formed in one piece with it. In a preferred embodiment, the bearing is composed on the one hand of a bearing rib connected to the housing and, on the other hand, a bearing wall on the adjusting element side supported by the bearing rib, which has the special circular arc-shaped character described in cross section. In addition, the bearing wall is advantageously designed in the direction of the adjusting element in a convex arcuate or convex arcuate shape. In an alternative embodiment, the bearing wall can also be supported on a housing wall instead of on a special bearing rib.
Dadurch liegt das Stellelement bzw. Riegelelement im Kontaktbereich an der kreisbogenförmigen Lagerwand bzw. allgemein dem Lager an. Meistens ist darüber hinaus die Auslegung noch so getroffen, dass das Lager und das Gehäuse einstückig ausgebildet sind, also in einem gemeinsamen Kunststoffformungsvorgang und insbesondere Kunststoffspritzgussvorgang hergestellt werden. Das heißt, sowohl das Lager als auch das Gehäuse sind jeweils als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet.As a result, the adjusting element or locking element is in the contact area on the circular arc-shaped bearing wall or generally the bearing. In addition, the design is usually made in such a way that the bearing and the housing are formed in one piece, that is to say are produced in a common plastic molding process and, in particular, a plastic injection molding process. That is, both the bearing and the housing are each designed as a plastic injection molded part.
Durch die spezielle erfindungsgemäße Auslegung des Lagers bzw. der in Richtung auf das Stellelement konvex kreisbogenförmig ausgebildeten Lagerwand mit den beiden unterschiedlichen Radien wird nun der spezielle erfindungsgemäße Kontaktbereich mit dem Riegelelement definiert. Denn die beiden unterschiedlichen Radien der kreisbogenförmigen Lagerwand berühren sich im fraglichen Kontaktbereich mit dem Stellelement. Dabei ist die Auslegung zusätzlich und vorteilhaft noch so getroffen, dass das fragliche Lager in Betätigungsrichtung und in Aufsicht auf das Lager sowie am Ursprung der Bewegung des Stellelementes bzw. kopfseitig einen kleineren Radius als im Verlauf der Bewegung aufweist. Grundsätzlich kann natürlich auch umgekehrt vorgegangen werden.The special inventive design of the bearing or the bearing wall with the two different radii which is convex in the direction of the actuating element and has the two different radii now defines the special contact area according to the invention with the locking element. Because the two different radii of the circular arc-shaped bearing wall touch in the contact area in question with the adjusting element. The design is additionally and advantageously made in such a way that the bearing in question has a smaller radius in the actuation direction and in a plan view of the bearing and at the origin of the movement of the actuating element or on the head side than in the course of the movement. In principle, the reverse can of course also be used.
Auf diese Weise lässt sich ein zur Definition des erfindungsgemäß speziell ausgelegten Lagers in oder an dem Gehäuse notwendiges Entformungswerkzeug bzw. Entformungswerkzeugteil als Bestandteil eines Spritzgusswerkzeuges so herstellen und auslegen, dass in dem fraglichen Kontaktbereich das betreffende Entformungswerkzeug keine Entformungsschräge aufweist bzw. im Kontaktbereich die Entformungsschräge 0° beobachtet wird. Es ist also im Kontaktbereich eine bei der Herstellung einzuhaltende Schrägstellung der Wand bzw. der stellelementseitigen Lagerwand nicht erforderlich. Dadurch liegt das Stellelement bzw. Riegelelement über die gesamte Länge des Kontaktbereiches und praktisch über seinen gesamten linearen Stellweg gesehen an dem Kontaktbereich an, welcher insgesamt eine Kontaktlinie bzw. einen Kontaktstreifen definiert, welcher sich vom Kopf der Lagerwand bis hin zum Grund am Boden des Gehäuses erstreckt.In this way, a demolding tool or demolding tool part necessary for defining the specially designed bearing according to the invention in or on the housing can be produced and designed as a component of an injection molding tool such that the demolding tool in question has no demolding bevel in the contact area or the demolding bevel 0 in the contact area ° is observed. An inclined position of the wall or the bearing wall on the adjusting element side, which must be maintained during manufacture, is therefore not necessary in the contact area. As a result, the actuating element or locking element rests against the contact area over the entire length of the contact area and practically over its entire linear actuating path, which overall defines a contact line or a contact strip which extends from the head of the bearing wall to the base at the bottom of the housing extends.
Da darüber hinaus am Boden der Lagerwand vorteilhaft mit dem größeren Radius im Vergleich zum kleineren Radius am Kopf der Lagerwand gearbeitet wird, verfügt die Lagerwand - bis auf den Kontaktbereich - entgegen der Betätigungsrichtung des Stellelementes über einen konisch nach oben in Richtung auf den Kopf der Lagerwand zulaufenden Charakter. Da das zur Herstellung des Lagers und folglich der Lagerwand erforderliche Entformungswerkzeug entgegen der Betätigungsrichtung des Stellelementes aus der hergestellten Form des Gehäuses nach dem Spritzgussvorgang herausgefahren wird, werden dennoch im Bereich der Lagerwand optimierte und vergleichbar geringe Reibungskräfte beobachtet, wie für den Fall, dass die Lagerwand insgesamt abgeschrägt worden wäre.Since, in addition, the larger radius is advantageously used at the bottom of the bearing wall compared to the smaller radius at the head of the bearing wall, the bearing wall has - except for the contact area - against the actuation direction of the actuating element via a conical upward direction towards the head of the bearing wall tapering character. Since the demoulding tool required to manufacture the bearing and consequently the bearing wall is moved out of the manufactured shape of the housing after the injection molding process against the actuation direction of the adjusting element, optimized and comparably low frictional forces are observed in the area of the bearing wall, as in the case that the bearing wall would have been beveled overall.
Als Folge hiervon kommt es zu einer einwandfreien Führung des Stellelementes bzw. Riegelelementes in seiner Betätigungsrichtung und auch entgegen der Betätigungsrichtung. Denn hierbei liegt das im Allgemeinen den linearen Stellweg absolvierende Stellelement über die gesamte Kontaktlinie bzw. den zuvor bereits angesprochenen und definierten Kontaktstreifen an dem betreffenden Lager an. Meistens wird in diesem Zusammenhang mit wenigstens zwei sich gegenüberliegenden Lagern gearbeitet, die zwischen sich das Stellelement aufnehmen und führen. Zugleich werden durch diese Auslegung die Reibungsverhältnisse optimiert, sodass nicht nur mit einem einwandfreien langfristigen Betrieb, sondern auch mit hoher Funktionssicherheit auf langen Zeitskalen zu rechnen ist. Hierin sind die wesentlichen Vorteile zu sehen.As a result of this, the actuating element or locking element is properly guided in its actuation direction and also against the actuation direction. Because here the adjusting element, which generally completes the linear adjusting path, rests against the bearing in question over the entire contact line or the previously mentioned and defined contact strip. In this context, work is usually carried out with at least two opposing bearings that accommodate and guide the actuating element between them. At the same time, this design optimizes the friction conditions so that not only flawless long-term operation, but also high functional reliability over long time scales can be expected. This is where the main advantages can be seen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zeigen:
-
1 die erfindungsgemäße elektromotorische Antriebseinheit in einer schematischen Draufsicht, -
2 den Gegenstand nach der1 in einer Seitenansicht, -
3A eine Detailansicht des Gegenstandes nach der1 , -
3B eine schematische Aufsicht des Gegenstandes nach3A und -
3C eine Ansicht X auf den Gegenstand nach3A .
-
1 the electromotive drive unit according to the invention in a schematic plan view, -
2 the subject after the1 in a side view, -
3A a detailed view of the item after1 , -
3B a schematic plan view of the object according to3A and -
3C a view X of the object after3A .
In den Figuren ist eine elektromotorische Antriebseinheit für kraftfahrzeugtechnische Anwendungen dargestellt. Konkret und nach dem Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Verriegelungseinheit für eine elektrische Ladevorrichtung
Die elektrische Ladevorrichtung
Entsprechende Stellbewegungen des Stellelementes bzw. Riegelelementes
Das Riegelelement
Um den zuvor bereits angesprochenen und mit der Betätigungsrichtung
Bei dem Gehäuse
Erfindungsgemäß ist nun das Lager
Außerdem ist die Auslegung so getroffen, dass das Lager
Dabei ist die Auslegung so getroffen, dass ein fußseitiger unterer Bereich
Auf diese Weise kann ein bei der Herstellung des betreffenden Lagers
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- Riegelelement / StellelementLocking element / adjusting element
- 1, 2, 3, 41, 2, 3, 4
- elektrische Ladevorrichtungelectric charger
- 22
- LadesteckerCharging plug
- 33
- LadesteckdoseCharging socket
- 44th
- ElektromotorElectric motor
- 55
- Gehäusecasing
- 6a6a
- LagerrippeBearing rib
- 6a, 6b6a, 6b
- Lagercamp
- 6b6b
- LagerwandWarehouse wall
- 6b1 6b 1
- unterer Bereichlower area
- 6b2 6b 2
- oberer Bereichupper area
- 77th
- KontaktbereichContact area
- BB.
- BetätigungsrichtungOperating direction
- R1 R 1
- größerer Radiuslarger radius
- R1, R2 R 1 , R 2
- Radien (Bögen)Radii (arcs)
- R2 R 2
- kleinerer Radiussmaller radius
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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