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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verriegeln eines Ladesteckers an einer Ladesteckerbuchse.
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Fahrzeuge, die teilweise oder vollständig elektromotorisch angetrieben sind, müssen regelmäßig mit einer Ladevorrichtung verbunden werden, um die Traktionsbatterie aufzuladen. Hierzu wird üblicherweise eine Steckverbindung zwischen einer Ladevorrichtung und dem zu ladenden Fahrzeug hergestellt. Das zu ladende Fahrzeug hat hierzu eine Ladesteckerbuchse, in die ein mit der Ladestation verbundenes Ladekabel mit seinem Ladestecker eingeführt werden kann. Die Steckverbindung bzw. Ladesteckverbindung wird daher durch ein Verbinden des Ladesteckers mit der Ladesteckerbuchse bereitgestellt.
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Um sicherzustellen, dass der Ladestecker vor dem Einschalten und dem Ausschalten der Hochspannung, also zu Beginn und beim Beenden des Ladevorgangs, korrekt an der Ladesteckerbuchse positioniert ist und um ein Abziehen des Ladesteckers während des Ladevorgangs zu vermeiden, wird der Ladestecker an der Ladesteckerbuchse mechanisch verriegelt. Hierbei ist es bekannt, dass ein Verriegelungselement mithilfe eines Aktuators in eine Verrieglungsposition bewegt wird, um den Ladestecker formschlüssig an der Ladesteckerbuchse festzulegen.
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Die Detektion der Verriegelung erfolgt üblicherweise im Bereich des Aktuators, so dass von einer sicheren Verriegelung ausgegangen wird, soweit ein Stellmotor oder ein bewegliches Stellelement des Aktuators eine vorgegebene Wegstrecke zurückgelegt hat. Dabei ist nachteilig, dass z.B. ein Bruch oder eine Fehlstellung des Verriegelungselements nicht erkannt werden können. Soweit ein Verriegelungselement z.B. endseitig zerstört ist und demnach keine sichere Verriegelung erfolgen kann, wird einer Ladevorrichtung dennoch eine ordnungsgemäße Verriegelung signalisiert, sobald der Aktuator seine vorgesehene Endlage zur Verrieglung eingenommen hat. Die Hochspannung wird eingeschaltet und der Ladevorgang startet, obwohl weder sichergestellt ist, dass der Ladestecker korrekt positioniert ist, noch ein Abziehen des Ladesteckers während des Ladevorgangs verhindert werden kann. Dies kann zu einer Gefährdung für den Bediener und zu einer Beschädigung der Ladeeinrichtung oder des Fahrzeugs führen, z.B. durch Lichtbogenbildung, einen Kurzschluss oder dergleichen.
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Vor diesen Hintergrund liegt der Erfindung die technische Problemstellung zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung zum Verriegeln eines Ladesteckers an einer Ladesteckerbuchse anzugeben, die insbesondere eine zuverlässigere Detektion einer Verriegelung ermöglicht.
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Die voranstehend beschriebene, technische Problemstellung wird jeweils gelöst durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung nach Anspruch 10. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der nachstehenden Beschreibung.
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Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Verriegeln eines Ladesteckers an einer Ladesteckerbuchse, mit einem Verriegelungselement, das zwischen einer Entriegelungsposition und einer Verriegelungsposition bewegbar ist, wobei das Verriegelungselement in seiner Verriegelungsposition dazu eingerichtet ist, den Ladestecker formschlüssig an der Ladesteckerbuchse festzulegen und gegen ein Abziehen zu sichern, mit einem Aktuator zum Bewegen des Verriegelungselements aus der Entriegelungsposition in die Verriegelungsposition, mit einer Einrichtung zum Detektieren der Verriegelungsposition des Verriegelungselements, wobei das Verriegelungselement ein detektierbares Element hat.
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Gegenüber vorbekannten Lösungen kann die korrekte Position des Verriegelungselements mithilfe des detektierbaren Elements unmittelbar an dem Verriegelungselement erfasst werden. Soweit das Verriegelungselement einen Defekt aufweist und z.B. endseitig gebrochen ist, kann demnach zuverlässig erfasst werden, dass trotz einer Stellbewegung des Aktuators keine Verriegelung stattgefunden hat. Der Ladevorgang wird demnach nicht gestartet oder unterbrochen.
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Das detektierbare Element vereinfacht die Konstruktion der Einrichtung zum Detektieren der Position des Verriegelungselements, da z.B. bis zu sechs Steckerkontakte inklusive zugeordneter Verbindungskabel zwischen dem Aktuator und einer Steuerungselektronik wegfallen, die eine Integration der Einrichtung zum Detektieren der Position des Verriegelungselements in den Aktuator erfordern würde. Weiter können Sensoren, Schalter und Verbindungen innerhalb des Aktuators wegfallen.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung ist vorgesehen, dass das detektierbare Element kontaktlos detektierbar ist. Somit kann eine einfache und verschleißfreie Erfassung der Position des Verriegelungselements gewährleistet werden. Das detektierbare Element kann beispielsweise ein Magnet, ein metallisches Verstimmelement, ein Transponder, ein RFID-Tag oder dergleichen sein.
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Es kann vorgesehen sein, dass das detektierbare Element im Bereich eines dem Aktuator abgewandten Endabschnitts des Verriegelungselements angeordnet ist.
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Weiter kann vorgesehen sein, dass das detektierbare Element in der Verriegelungsposition in eine Öffnung des Ladesteckers und eine Öffnung der Ladesteckerbuchse ragt. So kann eine einfache und kostengünstige formschlüssige Verbindung zwischen dem Ladestecker und der Ladesteckerbuchse gebildet werden, die ein Abziehen des Ladesteckers von der Ladesteckerbuchse blockiert.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass es sich bei der Öffnung des Ladesteckers und der Öffnung der Ladesteckerbuchse jeweils um eine Durchgangsöffnung im Bereich einer jeweiligen Wandung des Ladesteckers und der Ladesteckerbuchse handelt. Die Öffnungen des Ladesteckers und der Ladesteckerbuchse können übereinanderliegen und sich zu einer gemeinsamen Durchgangsöffnung ergänzen, soweit der Ladestecker in seiner korrekten Position an der Ladesteckerbuchse angeordnet ist.
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Es kann vorgesehen sein, dass das detektierbare Element demnach in der Verriegelungsposition in einer Öffnung angeordnet ist, die jeweils umfangsseitig von einer Wandung des Ladesteckers und der Ladesteckerbuchse begrenzt ist. Durch eine Erfassung des detektierbaren Elements kann somit festgestellt werden, ob das Verriegelungselement tatsächlich in die vorgesehene Wandungsöffnung des Ladesteckers und der Ladesteckerbuchse eingreift. Demnach kann entgegen vorbekannten Lösungen detektiert werden, ob durch das Verriegelungselement tatsächlich ein Formschluss zwischen der Ladesteckerbuchse und dem Ladestecker gebildet ist.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Einrichtung zum Detektieren der Verriegelungsposition einen Sensor aufweist, der zum Erkennen der Position des detektierbaren Elements eingerichtet ist, wobei der Sensor insbesondere an der Ladesteckerbuchse befestigt ist.
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Weiter kann vorgesehen sein, dass die Einrichtung zum Detektieren der Verriegelungsposition eine Signalquelle zur Modulation einer höherfrequenten Signalspannung auf zwei oder mehr Leitungen hat, und die Einrichtung zum Detektieren der Verriegelungsposition einen Empfänger zur Auswertung der höherfrequenten Signalspannung hat, wobei das detektierbare Element in der Verriegelungsposition eine messbare Veränderung der höherfrequenten Signalspannung bewirkt.
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Die Erfassung der Position des Verriegelungselements kann damit in einfacher Weise in die Elektronik bzw. Steuerung der Ladestation und/oder des Fahrzeugs integriert werden, sodass die Sensorik zum Erfassen der Position des detektierbaren Elements nicht unmittelbar in der Ladesteckerbuchse angeordnet sein muss. Beispielsweise kann die Detektion der Position des detektierbaren Elements durch einen Empfänger zur Auswertung der höherfrequenten Signalspannung erfolgen, der zu der Ladesteckerbuchse beabstandet angeordnet ist und beispielsweise einen Filter zur Auswertung der höherfrequenten Signalspannung aufweist.
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Es kann vorgesehen sein, dass die höherfrequente Signalspannung auf Leitungen aufmoduliert wird, die Teil genormter Ladesteckverbindungen sind, wie Signalleitungen, Steuerleitungen, Versorgungsleitungen oder dergleichen. Zur Detektion der Position des detektierbaren Elements kann daher auf bereits vorhandene Strukturen von Ladesteckverbindungen zurückgegriffen werden, sodass die Vorrichtung in einfacher und kostengünstiger Weise auch an bestehenden Ladesteckverbindungen nachgerüstet werden kann.
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Weiter kann vorgesehen sein, dass die höherfrequente Signalspannung auf Leitungen aufmoduliert wird, die einer LED-Beleuchtung oder einem Betätigungstaster im Bereich der Ladesteckerbuchse zugeordnet sind. Dies hat den Vorteil, dass die Signalspannung auf Leitungen aufmoduliert wird, die geringen externen Störungen ausgesetzt sind und zu jedem Zeitpunkt eine zuverlässigere Detektion der Verriegelungsposition des detektierbaren Elements ermöglichen.
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Es kann vorgesehen sein, dass die höherfrequente Signalspannung verschiedene Frequenzen und Amplituden haben kann, die überlagert und/oder sequenziell aufmoduliert sind. So kann ein wiedererkennbares höherfrequentes Signal erzeugt werden, dass zuverlässig im Bereich eines Empfängers zur Auswertung der höherfrequenten Signalspannung herausgefiltert und analysiert werden kann.
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Um den Einfluss des detektierbaren Elements auf die höherfrequente Signalspannung zuverlässig zu bestimmen, können in Vorversuchen Kennzahlen, Kennfelder oder Grenzwerte bestimmt werden, die die Grundlage der Detektion der Position des detektierbaren Elements bilden. Demnach kann der Einfluss des Annäherns und Entfernens des detektierbaren Elements auf die höherfrequente Signalspannung nahe einem Leiter, der die höherfrequente Signalspannung führt, zunächst untersucht und quantifiziert werden. In der Folge kann der Einfluss des detektierbaren Elements auf die höherfrequente Signalspannung in Form einer oder mehrerer versuchsbasierter Kennzahlen, Kennfelder oder Grenzwerte in der Einrichtung zum Detektieren der Verriegelungsposition hinterlegt bzw. gespeichert sein.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Einrichtung zum Detektieren der Verriegelungsposition zusätzlich zum Detektieren der Entriegelungsposition und/oder von Zwischenpositionen des Verriegelungselements eingerichtet ist. Auf diese Weise können Redundanzen geschaffen werden, um eine zuverlässige Erkennung der Position des Verriegelungselements zu erreichen.
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Dem Verriegelungselement kann ein Stellmotor und gegebenenfalls ein Getriebe zugeordnet sein, um eine Bewegung des Stellmotors in eine translatorische Verschiebung des Verriegelungselements umzusetzen.
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Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Verriegeln eines Ladesteckers an einer Ladesteckerbuchse, mit einem Verriegelungselement, das zwischen einer Entriegelungsposition und einer Verriegelungsposition bewegbar ist, wobei das Verriegelungselement in seiner Verriegelungsposition dazu eingerichtet ist, den Ladestecker formschlüssig an der Ladesteckerbuchse festzulegen und gegen ein Abziehen zu sichern, mit einem Aktuator zum Bewegen des Verriegelungselements aus der Entriegelungsposition in die Verriegelungsposition, mit einer Einrichtung zum Detektieren der Verriegelungsposition des Verriegelungselements, wobei die Einrichtung zum Detektieren der Verriegelungsposition integraler Bestandteil der Ladesteckerbuchse ist.
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Die Detektion der Verriegelungsposition wird demnach nicht dem Aktuator zugeordnet, sondern befindet sich unmittelbar in der Ladesteckerbuchse, sodass erkannt werden kann, ob das Verriegelungselement tatsächlich seine vorgesehene Endlage eingenommen hat. Dabei kann es sich beispielsweise um einen mechanischen Endschalter handeln, der durch einen taktilen Eingriff mit dem Verriegelungselement betätigt wird, um die tatsächliche formschlüssige Verbindung zwischen der Ladesteckerbuchse und dem Ladestecker unmittelbar zu erfassen.
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Alternativ oder ergänzend können auch kontaktlose Sensoren eingesetzt werden, die zum Beispiel die tatsächliche Position des Verriegelungselements in seiner Verriegelungsposition optisch oder elektromagnetisch unmittelbar an dem Verriegelungselement erfassen.
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Jede der vorgenannten Vorrichtungen kann eine Kodiervorrichtung haben, die eine benutzerspezifische Verriegelung ermöglicht. Beispielsweise kann die Vorrichtung durch eine benutzerspezifische Chipkarte oder dergleichen steuerbar sein, wobei ein Einbringen der Chipkarte eine Verriegelung des Ladesteckers durch das Verriegelungselement auslöst und eine Entriegelung nur durch ein erneutes Einbringen derselben Chipkarte möglich ist. Somit kann eine Unterbrechung des Ladevorgangs durch Dritte verhindert werden.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher beschrieben
Es zeigen jeweils schematisch:
- 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verriegeln eines Ladesteckers;
- 2 eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verriegeln eines Ladesteckers;
- 3 eine Elektronik der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verriegeln eines Ladesteckers gemäß 1;
- 4 eine Elektronik der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verriegeln eines Ladesteckers gemäß 2;
- 5 eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verriegeln eines Ladesteckers.
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1 zeigt eine Vorrichtung 1 zum Verriegeln eines Ladesteckers 2 an einer Ladesteckerbuchse 3. Die in 1 dargestellte vertikale und gestrichelte Trennlinie zeigt eine Systemgrenze eines Kraftfahrzeugs, dem die Ladesteckerbuchse 3 zugeordnet ist. Das Kraftfahrzeug befindet sich demnach links der vertikalen, gestrichelten Linie, wobei der Ladestecker 2 entlang einer Einschubrichtung 4 von einer Umgebung U ausgehend in die Ladesteckerbuchse 3 eingeschoben worden ist. Der Ladestecker 3 ist in bekannter Weise mit einer Ladevorrichtung verbunden, wie einer Wandbox, einer öffentlichen Ladestation oder dergleichen.
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Die Vorrichtung 1 hat ein Verriegelungselement 5. Das Verriegelungselement 5 ist zwischen einer Entriegelungsposition und einer Verriegelungsposition bewegbar.
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Das Verriegelungselement ist in seiner in 1 dargestellten Verriegelungsposition dazu eingerichtet, den Ladestecker 2 formschlüssig an der Ladesteckerbuchse 3 festzulegen und gegen ein Abziehen entgegen der Einschubrichtung 4 zu sichern.
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Die Vorrichtung 1 hat einen Aktuator 6 zum Bewegen des Verriegelungselements 5 aus der Entriegelungsposition in die Verriegelungsposition. Gleichermaßen dient der Aktuator 6 dazu, das Verriegelungselement 5 aus der in 1 gezeigten Verriegelungsposition in die Entriegelungsposition zurück zu bewegen, um ein Abziehen des Ladesteckers 2 in zur Einschubrichtung 4 entgegengesetzter Richtung zu ermöglichen und den Ladestecker 2 von der Ladesteckerbuchse 3 zu trennen.
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Der Aktuator 6 weist einen elektrischen Stellmotor 7 auf, dessen Bewegung mithilfe eines Getriebes 8 in eine translatorische Bewegung des Verriegelungselements 5 umgesetzt wird.
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Die Vorrichtung 1 hat eine Einrichtung 9 zum Detektieren der Verriegelungsposition des Verriegelungselements 5.
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Das Verriegelungselement 5 weist ein detektierbares Element 10 auf, wobei das detektierbare Element 10 Teil der Einrichtung 9 zum Detektieren der Verriegelungsposition des Verriegelungselements 5 ist.
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Das detektierbare Element 10 ist vorliegend kontaktlos detektierbar.
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Das detektierbare Element 10 ragt in der in 1 gezeigten Verriegelungsposition in eine Öffnung 11 des Ladesteckers 2 und in eine Öffnung 12 der Ladesteckerbuchse 3. Die Öffnung 11 des Ladesteckers 2 und die Öffnung 12 der Ladesteckerbuchse 3 sind in der in 1 gezeigten Position des Ladesteckers 2 überlappend bzw. deckungsgleich angeordnet. Sie ergänzen sich zu einer gemeinsamen Durchgangsöffnung, in die das Verriegelungselement 5 eingeführt ist, um die formschlüssige Verbindung zwischen dem Ladestecker 2 und der Ladesteckerbuchse 3 zu bewirken.
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In seiner Entriegelungsposition ist das Verrieglungselement 5 in Richtung des Aktuators 6 zurückversetzt angeordnet und ragt nicht in die Öffnung 11 des Ladesteckers 2.
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Der Vorrichtung 1 ist die in 3 gezeigte Elektronik bzw. das Steuergerät 16 zugeordnet.
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Die Einrichtung 9 zum Detektieren der Verriegelungsposition hat eine Signalquelle 17 zur Modulation einer höherfrequenten Signalspannung auf zwei oder mehr Leitungen 13, 14. Die Signalquelle 17 ist demnach eine Sendeeinheit 17, die mit einem Steuermodul 15 des Steuergeräts 16 verbunden ist.
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Dabei können die 1 gezeigten Leitungen 13 beispielsweise als Einzelleitungen 13 für ein Sendesignal der höherfrequenten Signalspannung dienen und die Leitungen 14 als Einzelleitungen 14 für ein Empfangssignal der höherfrequenten Signalspannung dienen.
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Das detektierbare Element 10 ist vorliegend ein metallisches Verstimmelement 10 zur Veränderung der höherfrequenten Signalspannung, soweit sich das detektierbare Element 10 in der Nähe der Leitungen 13, 14 befindet.
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Ein in 3 gezeigter Empfänger 18 dient zur Auswertung des durch das metallische Verstimmelement 10 veränderten Signals der höherfrequenten Signalspannung. Dabei ist der Empfänger 18 zur Auswertung der höherfrequenten Signalspannung dazu eingerichtet, wenigstens zwei Zustände der höherfrequenten Signalspannung zu unterscheiden - und zwar einen ersten Zustand, für den das metallische Verstimmelement 10 in seiner Entriegelungsposition ist und damit keine oder nur eine geringfügige Veränderung der höherfrequenten Signalspannung bewirkt, sowie einen zweiten Zustand, in dem das metallische Verstimmelement 10 in seiner Verriegelungsposition nahe der das höherfrequente Signal führende Leitungen 13, 14 angeordnet ist und das höherfrequente Signal messbar verändert.
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Auf diese Weise kann eine einfache und kostengünstige Detektion der Position des Verriegelungselements 5 erfolgen, wobei erfasst werden kann, ob das Verriegelungselement 5 tatsächlich derart in den Öffnungen 11, 12 aufgenommen ist, dass eine formschlüssige Verbindung zum Verhindern eines Abziehens des Ladesteckers 2 aus der Ladesteckerbuchse 3 gewährleistet ist.
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Die Elektronik 16 weist zudem einen Leistungsteil 19 zur Steuerung des Ladestroms auf. Das Steuergerät 16 weist weiter Schalter 20 zum Schalten des Ladestroms auf. Dabei sind die Leiter 21 der zu ladenden Traktionsbatterie zugeordnet während die Leiter 22 zur Ladestation führen.
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2 zeigt eine weitere Variante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Verriegeln eines Ladesteckers 2 an einer Ladesteckerbuchse 3. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird nachfolgend lediglich auf die Unterschiede zum voranstehend mit Bezug zu 1 diskutierten Ausführungsbeispiel eingegangen, wobei gleichen Merkmale jeweils gleiche Bezugszeichen zugeordnet werden.
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Im Gegensatz zum voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird vorliegend das höherfrequente Signal nicht auf die Leitungen 13, 14 sondern auf die Leitungen 23, 24 aufmoduliert, die zur Versorgung einer LED-Beleuchtung 25 eingerichtet sind.
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Die zum Ausführungsbeispiel gemäß 2 zugeordnete Elektronik bzw. das Steuergerät 16 ist in 4 dargestellt, wobei wiederum lediglich auf die Unterschiede zum voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel eingegangen wird. Vorliegend werden lediglich zwei Leitungen 23, 24 zum Führen des höherfrequenten Signals verwendet.
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5 zeigt eine weitere Vorrichtung 1 zum Verriegeln eines Ladesteckers 2 an einer Ladesteckerbuchse 3, wobei wiederum lediglich auf die Unterschiede zu den voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen eingegangen wird und gleichen Merkmalen gleiche Bezugszeichen zugeordnet werden.
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Die Vorrichtung 1 gemäß 5 unterscheidet sich dadurch von den voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen, dass die Einrichtung 9 zum Detektieren der Verriegelungsposition integraler Bestandteil der Ladesteckerbuchse 3 ist.
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Vorliegend ist die Einrichtung 9 ein Schalter 9, der durch das Verriegelungselement 5 betätigt wird, sobald sich das Verriegelungselement 5 in der in 5 dargestellten Verriegelungsposition befindet. Auf diese Weise kann ein zuverlässiges Erreichen in 5 gezeigten Verriegelungsposition bzw. der Endlage des Verriegelungselements 5 detektiert werden. Gemäß alternativer Ausführungsbeispiele kann eine kontaktlose, insbesondere optische oder elektromagnetische Detektion des Erreichens der Endlage verwendet werden.
