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Die Erfindung betrifft ein Ladeklappensystem mit Druckfunktion, insbesondere für ein Elektrofahrzeug, sowie ein Fahrzeug, das mit dem Ladeklappensystem ausgestattet ist.
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Die Erfindung ist insbesondere zur Anwendung in elektrisch betriebenen Fahrzeugen geeignet, um eine externe elektrische Energiequelle wie beispielsweise eine Ladestation an das Fahrzeug anzuschließen und es mit Strom als Energieform zu laden, der in einem elektrischen Speicher des Fahrzeugs gespeichert wird. Die Erfindung kann aber auch beispielsweise bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren angewendet werden, um zum Beispiel an einer Tankstelle dem Fahrzeug Kraftstoff als Energieträger zuzuführen. Auch kann die Erfindung für hybride Fahrzeuge verwendet werden, um das Anschließen einer externen Energiequelle an das Fahrzeug zu ermöglichen und es mit elektrischer Energie und/oder mit einem Kraftstoff zu betanken.
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Ladeklappensystem haben üblicherweise eine Ladeschale oder -mulde mit einer durchgehenden Öffnung, in die ein Anschlusselement eingesetzt wird, beispielsweise ein mit den Batterien des Kraftfahrzeugs verbundener elektrischer Ladesteckverbinder, der auch als Ladedose bezeichnet wird, oder ein zu einem Tank des Kraftfahrzeugs führendes Tankeinfüllrohr. Die Ladeschale wird dabei in eine Karosserieöffnung des Kraftfahrzeugs eingesetzt, und darin befestigt, beispielsweise mit einer Clipsverbindung.
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Eine Verschluss- bzw. Ladeklappe ist zwischen einer die Lade- oder Tankmulde für einen Lade- oder Tankvorgang freigebenden Öffnungsstellung und einer die Lade- oder Tankmulde verschließenden Schließstellung bewegbar.
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Insbesondere bei Elektrofahrzeugen besteht ein erhöhter Bedarf an Ladeklappensystemen, die sich von außen durch den Benutzer öffnen lassen, ohne dass hierfür zusätzliche Geräte wie zum Beispiel Schlüssel oder ein Smartphone benötigt werden. Der Benutzer soll in der Lage sein, durch manuellen Druck von außen auf die Klappe diese zu öffnen. Die Ladeklappe wird daraufhin von sich aus elektrisch betätigt, sodass sie sich öffnet. Hierzu muss detektiert werden, ob der Benutzer gegen die Ladeklappe gedrückt hat.
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Die Druckschrift
DE 10 2020 112 178 A1 beschreibt eine Ladeklappenanordnung eines Elektrofahrzeugs mit einer Ladeklappe, die zwischen einer Schließstellung und einer Aufgabenstellung bewegbar ist. Die Ladeklappe ist an einer Tragstruktur angelenkt, die ein Ladeklappenmodul mit zwei Schalenelementen umfasst, die einen Innenraum begrenzen. Eine durch Schrauben verstellbare Toleranzausgleichseinrichtung dient dazu, bei der Montage der Ladeklappe Herstellungs- oder Montagetoleranzen auszugleichen.
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DE 10 2014 115 907 A1 beschreibt eine Ladevorrichtung für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug mit einer Ladeschale, einer innerhalb der Ladeschale angeordneten elektrischen Ladedose und einem schwenkbar in der Ladeschale gelagerten Verschlussdeckel. Der Verschlussdeckel weist einen Stößel auf, der zusammen mit einem Stellelement eine Push-Push-Funktion verwirklicht. Dadurch wird durch Drücken auf den geschlossenen Verschlussdeckel eine Verriegelung aufgehoben.
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DE 20 2020 100 637 U1 beschreibt ein Fahrzeug-Lademodul, das ein plattenförmiges Innenpaneel umfasst, das mit einer Fahrzeugkarosserie verbunden ist, wobei in dem Innenpaneel eine Ladesteckdose angeordnet ist. Ein Arretierungselement dient zur Arretierung einer Tür des Lademoduls in geschlossener Position.
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DE 10 2019 127 246 A1 beschreibt eine Lade- oder Tankmulde zum Einsetzen in eine Karosserieöffnung eines Kraftfahrzeugs, die einen Muldenkörper mit einem inneren Muldenbereich aufweist, welcher eine Durchgangsöffnung umgibt, in die ein Ladesteckverbinder oder ein Tankstutzen oder ein Tankeinfüllrohr einsetzbar ist.
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Weiterhin sind Ladeklappensysteme bekannt, bei denen sich unter bzw. hinter der Ladeklappe, die auch Karosserieklappe genannt wird, im Bereich der Ladedose ein Taster zum Abbrechen des Ladevorgangs befindet. Dieser kann grundsätzlich auch zum Öffnen der Ladeklappe genutzt werden. Drückt der Benutzer von außen auf die Ladeklappe, wird auch Druck auf den hinter der Ladeklappe angeordneten Taster ausgeübt. Dadurch kann eine Betätigung von außen erkannt werden.
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Dabei besteht jedoch das Problem, dass grundsätzlich Toleranzen zwischen der Ladeklappe und dem Taster vorhanden sind. Das heißt, dass aufgrund vonToleranzen die Ladedose relativ zum Ladeklappensystem in einem relativ großen Bereich schwimmen kann, so dass die Position der beiden Bauteile relativ zueinander von Fall zu Fall variieren kann. Dies führt in ungünstigen Toleranzlagen zu einer erschwerten Betätigung des Tasters, oder auch dazu, dass der Taster durch Drücken gegen die Ladeklappe gar nicht betätigt wird. In diesem Fall ist der Benutzer nicht in der Lage, die Ladeklappe durch Drücken zu öffnen.
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Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Ladeklappensystem zu schaffen, das trotz vorhandener Toleranzen ein zuverlässiges Öffnen der Ladeklappe durch Drücken gegen die Ladeklappe ermöglicht.
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Zur Lösung der Aufgabe schafft die Erfindung ein Ladeklappensystem , insbesondere für ein Elektrofahrzeug, umfassend eine Tragstruktur, die zur Befestigung in einer Karosserieöffnung eines Kraftahrzeugs ausgebildet ist und eine Öffnung umfasst, um ein Anschlusselement zum Anschließen einer externen Energiequelle aufzunehmen, eine schwenkbar gelagerte Ladeklappe, die in einer geschlossenen Stellung die Öffnung abdeckt und in einer geöffneten Stellung die Öffnung freigibt, und ein an der Rückseite der Ladeklappe befestigtes Betätigungselement zur Betätigung eines am Anschlusselement angeordneten Tasters durch Ausübung von Druck auf die Vorderseite der Ladeklappe, um das Öffnen der Ladeklappe zu bewirken, wobei das Betätigungselement als ein Toleranzausgleichselement zum Ausgleich von Toleranzen zwischen der Ladeklappe und dem Taster ausgebildet ist.
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Bevorzugt drückt das Betätigungselement bei geschlossener Ladeklappe elastisch gegen den Taster. Dadurch liegt es auch bei unterschiedlichen Abständen zwischen dem Taster und der Ladeklappe, die aufgrund der Toleranzen auftreten können, an dem Taster an, wenn die Ladeklappe geschlossen ist.
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Vorteilhaft ist das Betätigungselement kompressibel ausgebildet.
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Bevorzugt umfasst das Betätigungselement einen bewegbaren Stößel, der bei geschlossener Ladeklappe elastisch gegen den Taster vorgespannt ist.
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Bevorzugt weist das Betätigungselement eine Steifigkeit auf, die von der Geschwindigkeit der auf das Betätigungselement wirkenden Druckerhöhung abhängig ist.
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Vorzugsweise ist das Betätigungselement derart ausgebildet, dass es bei einer schnellen Erhöhung des auf das Betätigungselement wirkenden Drucks eine höhere Steifigkeit aufweist als bei einer langsameren Erhöhung des Drucks.
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Bevorzugt wird die Ladeklappe durch einen Elektroantrieb bewegt, der derart ausgelegt ist, dass sich die Ladeklappe langsamer schließt als ein üblicherweise durch einen Benutzer ausgeübter Druckimpuls, der das Öffnen der Ladeklappe bewirken soll.
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Vorteilhaft ist das Betätigungselement als ein Dämpfer ausgebildet, insbesondere als ein Lineardämpfer.
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Bevorzugt umfasst das Betätigungselement eine komprimierbare Kammer mit einer Öffnung zur Aufnahme und Abgabe einer Flüssigkeit, insbesondere Öl, um ein Zusammendrücken des Betätigungselements zu dämpfen.
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Vorteilhaft ist in der Kammer ein Dichtungselement angeordnet ist, das die Öffnung durch schnelles Zusammendrücken des Betätigungselements verschließt, während es beim langsameren oder fehlendem Zusammendrücken die Öffnung freigibt.
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Bevorzugt umfasst das Betätigungselement ein elastisches Element, das an das Dichtungselement gekoppelt ist, um die Öffnung frei zu halten, wenn die Geschwindigkeit des Zusammendrückens einen vorgegebenen Wert unterschreitet.
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Vorteilhaft ist das Dichtungselement mit der Öffnung und dem elastischen Element als ein Rückschlagventil ausgebildet.
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Vorteilhaft ist der Taster zum Abbrechen des Ladevorgangs ausgestaltet und wird auch zum Öffnen der Ladeklappe genutzt.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Kraftfahrzeug geschaffen, das ein Ladeklappensystem gemäß der Erfindung umfasst.
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Die Erfindung macht sich insbesondere den Gedanken zu Nutze, einen Toleranzausgleich zwischen Ladeklappe und Taster darzustellen, um stets eine gleichbleibende Druckfunktion der Ladeklappe auf den Taster zu gewährleisten. Dabei wird eine Bewegung zwischen der Ladeklappe und dem Taster grundsätzlich zugelassen, jedoch nicht, wenn der Benutzer von außen auf die Klappe drückt.
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Die Erfindung nutzt dabei die Tatsache, dass ein Benutzer des Fahrzeugs, wenn er von außen gegen die Klappe bzw. Ladeklappe drückt, üblicherweise eine schnelle Bewegung durchführt, wohingegen die Ladeklappe, wenn sie selbst schließt eine langsamere Bewegung ausführt oder ausführen kann,.
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Zum Toleranzausgleich kann deshalb ein Dämpfer und insbesondere ein Lineardämpfer als das Betätigungselement eingesetzt werden, der bei schnellen Bewegungen eine höhere Steifigkeit hat als bei langsamen Bewegungen. Dadurch und kann er die Toleranz ausgleichen, jedoch bei schnellen Bewegungen durch den Benutzer den Taster aber drücken.
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Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:
- 1 eine Ansicht der Vorderseite eines Ladeklappensystems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wobei die Ladeklappe nicht dargestellt ist;
- 2 eine vergrößerte Schnittdarstellung des in 1 gezeigten Ladeklappensystems im Bereich eines Tasters;
- 3 eine perspektivische Ansicht eines Betätigungselements, das in dem erfindungsgemäßen Ladeklappensystem verwendet wird;
- 4 eine beispielhafte Kennlinie des Betätigungselements, welche seine Steifigkeit in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit eines Druckvorgangs darstellt;
- 5 eine schematische Darstellung des Grundprinzips des Betätigungselements gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in einem ersten Zustand;
- 6 eine schematische Darstellung des Grundprinzips des Betätigungselements in einem ezweiten Zustand;
- 7 eine beispielhafte Kennlinie des Betätigungselements gemäß der besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und
- 8 ein Betätigungselement gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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In den Figuren sind gleiche oder einander entsprechende Elemente jeweils mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden daher nicht erneut beschrieben, sofern dies nicht zweckmäßig erscheint. Die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sind sinngemäß auf Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragbar.
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Wie in 1 gezeigt, umfasst das Ladeklappensystem 10 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine Tragstruktur 11, die als eine Ladeschale bzw. Ladetopf ausgebildet ist. Die Ladeschale 11 ist in einer Karosserieöffnung 12 eines Kraftfahrzeugs 13 befestigt, wobei sie vorzugsweise an einem Seitenrahmen des Fahrzeugs 13 eingeclipst ist. Die Ladeschale 11 umfasst eine Öffnung 14 in der ein Anschlusselement 15 zum Anschließen einer externen Energiequelle befestigt ist.
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In diesem Ausführungsbeispiel ist das Anschlusselement 15 als eine Ladedose ausgebildet, um einen Ladestecker zum Verbinden mit einer elektrischen Ladestation daran anzuschließen. Hierzu ist in der Ladedose 15 eine Steckgesichtseinheit 15a vorgesehen.
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In anderen Ausführungsfbeispielen, die hier nicht dargestellt sind, ist das Ladeklappensystem 10 in Fahrzeugen mit einem Verbrennungsmotor eingesetzt, wobei es zum Beladen bzw. Befüllen eines Tanks des Fahrzeugs mit Kraftstoff ausgebildet ist. In diesem Fall ist das Anschlusselement 15 zum Beispiel als ein Einfüllstutzen zum Anschließen einer Kraftstoffquelle ausgebildet.
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An der Tragstruktur bzw. der Ladeschale 11 ist eine in der Figur nicht dargestellte Klappe bzw. Ladeklappe schwenkbar befestigt, die in einer geschlossenen Stellung die Öffnung 14 mit der darin aufgenommenen Ladedose 15 abdeckt und diese in einer geöffneten Stellung freigibt. Die Ladeklappe 16 ist in 2 dargestellt.
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An dem Anschlusselement bzw. der Ladedose 15 ist ein Taster 17 angeordnet, dessen Betätigung das Öffnen der Klappe 16 bewirkt.
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2 zeigt als Schnittansicht den in bzw. an der Ladedose 15 befestigten Taster 17, sowie ein Betätigungselement 18, das an der Rückseite 16a der Klappe 16 befestigt ist. Das Betätigungselement 18 ist derart angeordnet ist, dass es den Taster 17 betätigt, wenn ein Benutzer auf die Vorderseite 16b der Klappe 16 drückt bzw. einen Druck P ausübt, um das Öffnen der Klappe 16 zu bewirken. Dabei ist das das Betätigungselement 18 als ein Toleranzausgleichselement ausgebildet und bildet auf diese Weise einen Toleranzausgleich zwischen der Klappe 16 und dem Taster 17.
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Beim Bewegen bzw. Schwenken der Ladeklappe 16 in seine geschlossene Stellung legt sich das Betätigungselement 18 mit seinem dem Taster 17 zugewandten Ende 19 an den Taster 17 an. Das Betätigungselement 18 ist elastisch ausgebildet, sodass es bei geschlossener Klappe 16 elastisch gegen den Taster 17 drückt und auf diese Weise unabhängig von auftretenden Toleranzen, die unterschiedliche Abstände A zwischen dem Taster 17 und der Klappe 16 bewirken, stets an dem Taster 17 anliegt.
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Das Betätigungselement 18 umfasst einen bewegbaren Stößel 20, der bei geschlossener Klappe 16 elastisch gegen den Taster 17 vorgespannt ist. Die Vorspannung wird durch ein als Feder 21 ausgebildetes elastisches Element erzeugt. Sie ist möglichst gering gehalten, jedoch ausreichend, um den Stößel 20 auch bei einem variierenden Abstand A aufgrund der Toleranzen zuverlässig an den Taster 17 anzulegen.
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Das Betätigungselement 18 ist insbesondere kompressibel und als ein Dämpfer ausgebildet, bevorzugt als ein Lineardämpfer. Hierzu ist eine Flüssigkeitsdämpfung im Betätigungselement 18 vorgesehen, welche die Bewegungen des Stößels 20 relativ zum Grundkörper 22 des Betätigungselements 18 dämpft. Dabei weist das Betätigungselement 18 eine Steifigkeit auf, die von der Geschwindigkeit der auf das Betätigungselement 18 wirkenden Druckerhöhung abhängig ist. Bei einer schnellen Erhöhung des auf das Betätigungselement 18 wirkenden Drucks P, wie beispielsweise bei einem plötzlich auftretenden Druckimpuls, weist das Betätigungselement 18 eine höhere Steifigkeit auf als bei einer langsameren Erhöhung des Drucks.
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Durch die höhere Steifigkeit wird ein Druck oder Druckimpuls, wie er üblicherweise durch einen Benutzer auf die Außenseite bzw. Vorderseite 16b der Ladeklappe 16 ausgeübt wird um diese zu öffnen, auf den Taster 17 übertragen. D. h., der Taster 17 wird durch die sehr viel höhere Steifigkeit des Betätigungselements 18 im Falle eines in kurzer Zeit bzw. mit relativ hoher Geschwindigkeit ansteigenden ausgeübten Drucks betätigt.
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3 zeigt das Betätigungselement 18, wie es oben unter Bezugnahme auf 2 beschrieben ist, in perspektivischer Ansicht.
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4 zeigt ein Beispiel einer Kennlinie des Betätigungselements 18, das gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel als Lineardämpfer ausgebildet ist. Dabei ist seine Steifigkeit S in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit V der Druckerhöhung auf seine beiden Enden 19, 23 dargestellt. Bei einem langsamen Zufahren der Ladeklappe 16, hier durch die Geschwindigkeit v1 gekennzeichnet, das insbesondere durch einen Elektroantrieb bewirkt wird, hat das Betätigungselement 18 eine geringe Steifigkeit S1, während es beim demgegenübere relativ schnellen Drücken des Benutzers gegen die Ladeklappe 16 mit der Geschwindigkeit v2 eine höhere Steifigkeit S2 aufweist.
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Beim Antrieb der Ladeklappe 16 ist sichergestellt, dass diese langsamer geschlossen wird als der üblicherweise durch einen Benutzer auf die geschlossenen Ladeklappe 16 ausgeübte Druck bzw. Druckimpuls zum Öffnen der Ladeklappe 16.
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Die 5 und 6 zeigen schematisch das Funktionsprinzip eines optional ausgebildeten Betätigungselements 18, das gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ausgestaltet ist.
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In einer Kammer 24 des derart ausgestalteten Betätigungselements 18, die mit einer Öffnung 25 zur Aufnahme und Abgabe von Dämpfungsflüssigkeit 31 wie beispielsweise Öl in bzw. aus der Kammer 24 versehen ist, ist ein Dichtungselement 26 angeordnet, das zum Beispiel kugelförmig ausgebildet ist. Durch ein elastisches Element in Form einer Feder 27, die an das Dichtungselement 26 gekoppelt ist, wird das Dichtungselement 26 elastisch an einer Position relativ zur Öffnung 25 elastisch gehalten, die ein Hindurchtreten der Flüssigkeit 31 durch die Öffnung 25 erlaubt (siehe 5).
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Dabei ist das elastische Element 27 so ausgelegt, dass bei einem schnellen Zusammendrücken des Betätigungselements 18 der durch die Flüssigkeit 31 auf das Dichtungselement 26 wirkende Druck in Richtung der Öffnung 25 größer ist als die Rückstellkraft, die durch das elastische Element 27 auf das Dichtungselement 26 ausgeübt wird.
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Wie in 5 gezeigt, fließt bei langsamen Geschwindigkeiten die Dämpfungsflüssigkeit 31 an dem Dichtungselement bzw. der Dichtkugel 26 vorbei und kann somit durch die Öffnung 25 aus der Kammer 25 austreten.
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Wie in 6 gezeigt, drückt jedoch bei hohen Geschwindigkeiten das in der Kammer 24 enthaltene Öl bzw. die Flüssigkeit 31 die Dichtkugel 26 an einen Dichtsitz 28 und verschließt dadurch die Öffnung 25, sodass die Flüssigkeit bzw. das Öl nicht aus der Kammer 24 austreten kann.
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Auf diese Weise wird eine verbesserte Kennenlinie des Betätigungselements 18 erreicht, wie sie in 7 gezeigt ist.
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Beim langsamen Zufahren der Ladeklappe 16 z.B. mit der Geschwindigkeit v1 hat das Betätigungselement 18 eine minimale Steifigkeit S1. Ab einem gewissen Schwellwert vS der Geschwindigkeit V steigt die Kennlinie abrupt an, sodass sich schlagartig eine sehr hohe Steifigkeit S2 einstellt, wenn der Schwellwert vS überschritten wird bzw. ein entsprechender Druckimpuls von außen gegen die Klappe 16 ausgeübt wird.
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Ergänzend zeigt 8 ein Betätigungselement bzw. einen Dämpfer 18, mit einem Hebelelement 29 zur Umleitung der Bewegung. Dabei ist der Dämpfer quer zur Toleranzausgleichsrichtung T angeordnet und kann in dieser Richtung eine Dämfungsbewegung ausführen. Durch das Hebelelement 29 wird die Dämpfungsbewegung umgeleitet, in diesem Beispiel um 90 Grad, und dadurch an die Toleranzausgleichsrichtung T angepasst. Auch sind durch entsprechend gestaltete Hebelelemente andere Winkel möglich. Auf diese Weise kann in bestimmten Anwendungsfällen Bauraum gespart werden.
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Bezugszeichenliste:
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- 10
- Ladeklappensystem
- 11
- Tragstruktur / Ladeschale
- 12
- Karosserieöffnung
- 13
- Fahrzeug
- 14
- Öffnung
- 15
- Anschlusselement / Ladedose
- 15a
- Steckgesichtseinheit
- 16
- Ladeklappe
- 16a
- Rückseite
- 16b
- Vorderseite
- 17
- Taster
- 18
- Betätigungselement
- 19
- Ende
- 20
- Stößel
- 21
- Feder
- 22
- Grundkörper
- 23
- Ende
- 24
- Kammer
- 25
- Öffnung
- 26
- Dichtungselement
- 27
- elastisches Element bzw. Feder
- 28
- Dichtsitz
- 29
- Hebelelement
- 31
- Dämpfungsflüssigkeit
- A
- Abstand
- P
- Druck
- S, S1, S2
- Steifigkeit
- T
- Toleranzausgleichsrichtung
- V, v1, v2
- Geschwindigkeit
- vS
- Schwellwert
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102020112178 A1 [0006]
- DE 102014115907 A1 [0007]
- DE 202020100637 U1 [0008]
- DE 102019127246 A1 [0009]
