DE202013007062U1 - Device for the mechanical locking of a charging plug in a charging socket - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zur mechanischen Verriegelung eines Ladesteckers (4) in einer Ladedose (2), insbesondere für einen elektrischen Ladevorgang eines Elektro- bzw. Plug-In-Hybrid-Fahrzeugs, mit einer Verriegelungsvorrichtung (18) zur reversiblen mechanischen Verriegelung des Ladesteckers (4) in der Ladedose (2), wobei die Verriegelungsvorrichtung (18) ein Schnappelement (20) aufweist, welches mit Hilfe eines Aktivierungselements (32A, B) schlagartig zwischen zwei diskreten Stellungen wechselt, wobei die eine Stellung eine Sperrposition ist, in der die Verriegelungsvorrichtung (18) den Ladestecker (4) verriegelt und die andere Stellung eine Freigabeposition ist, in der die Verriegelungsvorrichtung (18) den Ladestecker (4) freigibt.Device for mechanically locking a charging plug (4) in a charging socket (2), in particular for an electrical charging process of an electric or plug-in hybrid vehicle, with a locking device (18) for reversibly mechanically locking the charging plug (4) in of the charging socket (2), the locking device (18) having a snap element (20) which, with the aid of an activation element (32A, B), suddenly changes between two discrete positions, one position being a locking position in which the locking device (18 ) locked the charging plug (4) and the other position is a release position in which the locking device (18) releases the charging plug (4).
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur mechanischen Verriegelung eines Ladesteckers in einer Ladedose, insbesondere für einen elektrischen Ladevorgang eines Elektro- bzw. Plug-In-Hybrid-Fahrzeugs.The invention relates to a device for mechanically locking a charging plug in a charging socket, in particular for an electrical charging process of an electric or plug-in hybrid vehicle.
Die Nutzung von Hybrid- oder Elektrofahrzeugen gewinnt zunehmend an Bedeutung. Ein Nachteil von Elektrofahrzeugen ist immer noch ihre relativ geringe Reichweite auf Grund der begrenzten Energiespeicherkapazität der verbauten Akkumulatoren und der sehr langen Ladedauer verglichen zu diesel- oder benzinbetriebenen Fahrzeugen. Zum Laden der Akkumulatoren sind Ladesysteme erforderlich. Gemäß der
Der Aufladevorgang darf beispielsweise erst gestartet werden, wenn ein sicherer Kontakt zwischen Kontaktelementen des Ladesteckers und Kontaktelementen der Ladedose hergestellt ist. Umgekehrt darf der Ladestecker erst nach Abschalten des Ladestroms wieder aus der Ladedose entnommen werden. Um diese Anforderungen zu realisieren ist üblicherweise eine Verriegelung des Ladesteckers in der Ladedose vorgesehen. Die Verriegelung erfolgt dabei regelmäßig mit Hilfe eines elektrischen Stellmotors, der für eine aktive Verriegelung während des Ladevorgangs sorgt. Hierzu ist eine Bestromung des Stellmotors während des Ladevorgangs erforderlich. Insgesamt ist daher ein solches Verriegelungssystem aufwändig.The charging process may only be started, for example, when a secure contact between contact elements of the charging plug and contact elements of the charging socket is established. Conversely, the charging plug must not be removed from the charging socket until the charging current has been switched off. To realize these requirements usually a locking of the charging plug is provided in the charging socket. The locking is done regularly with the help of an electric servomotor, which ensures active locking during the charging process. For this purpose, an energization of the servomotor during the charging process is required. Overall, therefore, such a locking system is expensive.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen verbesserten Verriegelungsmechanismus für einen Ladestecker in einer Ladedose, insbesondere für einen elektrischen Ladevorgang eines Elektro- bzw. Plug-In-Hybrid-Fahrzeugs, anzugeben.The invention is based on the object to provide an improved locking mechanism for a charging plug in a charging socket, in particular for an electrical charging of an electric or plug-in hybrid vehicle.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch eine Vorrichtung zur mechanischen Verriegelung eines Ladesteckers in einer Ladedose mit den Merkmalen nach Anspruch 1. Die Vorrichtung umfasst eine Verriegelungsvorrichtung als Teil eines Verriegelungsmechanismus, die insbesondere in der Ladedose, also fahrzeugseitig, integriert ist.The object is achieved according to the invention by a device for the mechanical locking of a charging plug in a charging socket having the features of claim 1. The device comprises a locking device as part of a locking mechanism, which is integrated in particular in the charging socket, ie on the vehicle side.
Die Verriegelungsvorrichtung zur reversiblen mechanischen Verriegelung des Ladesteckers in der Ladedose weist hierzu ein Schnappelement auf, welches nach Art einer Schnappscheibe ausgebildet ist. Das Schnappelement ist dabei mit Hilfe eines Aktivierungselements schlagartig von einer ersten diskreten Stellung in eine zweite diskrete Stellung überführbar. Die eine Stellung definiert dabei eine Sperrposition, in der die Verriegelungsvorrichtung den Ladestecker verriegelt und die andere Stellung eine Freigabeposition, in der die Verriegelungsvorrichtung den Ladestecker freigibt.The locking device for reversible mechanical locking of the charging plug in the charging socket has for this purpose a snap element, which is designed in the manner of a snap disk. The snap element is abruptly transferred by means of an activation element from a first discrete position to a second discrete position. The one position defines a blocking position in which the locking device locks the charging plug and the other position a release position in which the locking device releases the charging plug.
Es wird daher in vorteilhafter Weise der so genannte Schnappeffekt ausgenutzt, also ein Mechanismus, bei dem allein aufgrund einer Aktivierungsenergie schlagartig ein großer Stellweg des Schnappelements zurückgelegt wird. Das Schnappelement ist dabei insbesondere nach Art einer Schnappscheibe ausgebildet. Durch diese Maßnahme kann und wird daher auf einen elektrischen Stellmotor zur Verriegelung verzichtet. Über das Schnappelement wird eine mechanische Stellbewegung ausgeübt, welche zur Verriegelung herangezogen wird.It is therefore advantageously exploited the so-called snap effect, that is, a mechanism in which suddenly due to an activation energy, a large travel of the snap element is covered. The snap element is designed in particular in the manner of a snap disk. By this measure can and therefore is dispensed with an electric servomotor for locking. About the snap element, a mechanical adjusting movement is exercised, which is used for locking.
In bevorzugter Ausgestaltung definieren die beiden Stellungen des Schnappelements dabei mechanisch stabile Zustände des Schnappelements. Dadurch wird gewährleistet, dass das Schnappelement in der jeweiligen Position verharrt und nicht wieder in die ursprüngliche Position zurückspringt, wie dies beispielsweise bei so genannten Knackfröschen der Fall ist, bei denen ein automatisches Rückschnappen erfolgt. Hierdurch besteht die Möglichkeit, jede der beiden Stellungen sowohl für die Sperrposition als auch für die Freigabeposition zu verwenden. Bei einer Ausführungsvariante, bei der das Schnappelement von einem stabilen in lediglich einen metastabilen Zustand übergeht, definiert vorzugsweise der stabile Zustand die Verriegelungsposition, da aus Sicherheitsgründen eine unerlaubte Entriegelung zu vermeiden ist. In diesem Fall wäre dann das Schnappelement mit Hilfe des Aktivierungselements jeweils in den metastabilen Zustand beim Einstecken sowie beim Ziehen des Ladesteckers zu überführen. Das Aktivierungselement definiert daher ein Schaltelement, um zwischen den zwei Positionen umzuschalten.In a preferred embodiment, the two positions of the snap element define mechanically stable states of the snap element. This ensures that the snap element remains in the respective position and does not spring back to its original position, as is the case, for example, with so-called crackling frogs, in which an automatic snapback takes place. This makes it possible to use each of the two positions both for the locked position and for the release position. In a variant in which the snap element changes from a stable state to a metastable state, the stable state preferably defines the locking position, since for safety reasons an unauthorized unlocking is to be avoided. In this case, the snap element would then be transferred by means of the activation element in each case in the metastable state during insertion and when pulling the charging plug. The activation element therefore defines a switching element to switch between the two positions.
Im Hinblick auf eine zuverlässige mechanische Verriegelung wirkt das Schnappelement vorzugsweise auf einen Sperrbolzen ein, welcher in eine Sperröffnung, insbesondere Sperrbuchse, im Ladestecker zur Verriegelung einfahrbar ist. Der Sperrbolzen wird daher mit Hilfe des Stellwegs des Schnappelements in eine Sperrrichtung verstellt und in die Sperrbuchse eingeschoben. In dieser verriegelten Position erfolgt dann der Ladevorgang. Während des Ladevorgangs verbleibt der Sperrbolzen in der Sperrbuchse.With regard to a reliable mechanical locking, the snap element preferably acts on a locking pin, which is retractable into a locking opening, in particular locking bush, in the charging plug for locking. The locking pin is therefore adjusted by means of the travel of the snap element in a reverse direction and inserted into the locking sleeve. In this locked position then the charging process takes place. During the charging process, the locking pin remains in the locking bushing.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsvariante ist das Aktivierungselement ein Heizelement und das Schnappelement ist thermisch aktiviert von einer Stellung in die andere Stellung überführbar. Hierzu ist das Schnappelement insbesondere aus einem Thermobimetall aufgebaut. Das Schnappelement ist dabei beispielsweise nach Art einer thermisch aktivierbaren Metall-Schnappscheibe ausgebildet, wie sie beispielsweise aus der
Das Schnappelement umfasst daher zumindest zwei miteinander stoffschlüssig oder formschlüssig verbundene Streifen aus unterschiedlichen Metallen, die unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen.The snap element therefore comprises at least two strips of different metals which are connected to one another in a materially or positively connected manner and which have different thermal expansion coefficients.
Eine derartige Schnappscheibe mit einem Thermobimetall wird beispielsweise auch als Überstromauslöser für Schaltgeräte verwendet, wie er auch aus der
In bevorzugter Ausgestaltung ist das Schnappelement dabei derart ausgebildet, dass es bei Erwärmung durch das Aktivierungselement von der Freigabeposition in die Sperrposition übergeht. Dies beruht auf der Überlegung, dass beim eigentlichen Ladevorgang infolge des Stromflusses Abwärme erzeugt wird, welche ausgenutzt wird, um das Schnappelement in die Sperrposition zu überführen. Der besondere Vorteil hierbei ist darin zu sehen, dass das Schnappelement so lange in diesem zweiten stabilen Zustand verbleibt, solange der Ladevorgang und damit der Stromfluss erfolgt. Nach Beendigung des Ladevorgangs wird daher das Schnappelement infolge der fehlenden thermischen Energie automatisch wieder in die stabile Freigabestellung überführt und der Ladestecker kann abgezogen werden.In a preferred embodiment, the snap element is designed such that it passes from the release position to the blocking position when heated by the activation element. This is based on the consideration that during the actual charging process as a result of the flow of current waste heat is generated, which is exploited to convert the snap element in the locked position. The particular advantage here is to be seen in the fact that the snap element remains in this second stable state as long as the charging process and thus the current flow takes place. After completion of the charging process, therefore, the snap element is automatically transferred back to the stable release position due to the lack of thermal energy and the charging plug can be removed.
Für eine effiziente Erwärmung ist dabei das Heizelement unmittelbar mit dem Ladestrom gekoppelt, beispielsweise indem eine Abzweigleitung einer Ladestromleitung über das zumindest eine Heizelement geführt wird, so dass zumindest ein Teil des Ladestroms direkt über das Heizelement geführt wird. Das Heizelement ist dabei für eine effektive Energieausnutzung vorzugsweise unmittelbar am Schnappelement befestigt.For efficient heating while the heating element is directly coupled to the charging current, for example by a branch line of a charging power line is passed over the at least one heating element, so that at least a portion of the charging current is passed directly through the heating element. The heating element is preferably attached directly to the snap element for effective energy utilization.
Bei dem Schnappelement handelt es sich allgemein um eine typischerweise konvex oder konkav gebogene Scheibe, die von dem konvex gebogen stabilen Zustand in den konkav gebogenen stabilen Zustand überschnappt. Üblicherweise ist der konkave bzw. konvexe mittlere Teilbereich der Scheibe von einem Randbereich umgeben, welcher selber keine Bewegung ausübt. Vorzugsweise ist das Heizelement auf diesem unbeweglichen Teilbereich des Schnappelements angeordnet, so dass das Heizelement selbst keine Bewegung ausführen muss.The snap element is generally a typically convex or concave curved disk which snaps over from the convexly bent stable state to the concavely bent, stable state. Usually, the concave or convex central portion of the disc is surrounded by an edge region which itself does not exert any movement. Preferably, the heating element is arranged on this immovable portion of the snap element, so that the heating element itself does not have to perform any movement.
Alternativ zu dieser thermischen Aktivierung mittels des Heizelements wird in zweckdienlicher Ausgestaltung das Schnappelement bei einer externen Krafteinwirkung von der einen Stellung in die andere Stellung überführt. Das Aktivierungselement selbst übt daher direkt eine äußere Kraft auf das Schnappelement aus. Zweckdienlicherweise umfasst dabei das Aktivierungselement zur Ausübung der Kraft einen Elektromagneten oder ist als Elektromagnet ausgebildet. Vorzugsweise wird das Schnappelement dabei direkt über die vom Elektromagneten erzeugte elektrische Kraft betätigt. Das Schnappelement selbst ist daher in dieser Ausgestaltung magnetisch oder zumindest magnetisierbar, um über die magnetische Kraft, die vom Elektromagneten erzeugt ist, betätigt werden zu können. Es ist daher nicht die Vermittlung eines mechanischen Stellglieds, wie beispielsweise ein Anker, erforderlich. Das Aktivierungselement in Form des Elektromagneten weist daher bevorzugt keine mechanisch beweglichen Teile auf. Die Verwendung eines Elektromagneten hat somit den Vorteil, dass für die Rückführung aus dem stabilen Sperrzustand wiederum lediglich ein Aktivierungsimpuls durch den Elektromagneten erforderlich ist und hierzu lediglich die Stromrichtung durch den Elektromagneten zu ändern ist.As an alternative to this thermal activation by means of the heating element, the snap element is transferred in an expedient embodiment in an external force from one position to the other position. The activation element itself therefore directly exerts an external force on the snap element. Conveniently, the activation element for exerting the force comprises an electromagnet or is designed as an electromagnet. Preferably, the snap element is actuated directly via the electrical force generated by the electromagnet. The snap element itself is therefore in this embodiment, magnetic or at least magnetizable to be able to be operated on the magnetic force generated by the electromagnet can. It is therefore not necessary to provide a mechanical actuator, such as an armature. The activation element in the form of the electromagnet therefore preferably has no mechanically moving parts. The use of an electromagnet thus has the advantage that again only one activation pulse is required by the electromagnet for the return from the stable blocking state and for this purpose only the current direction is to be changed by the electromagnet.
Bei dieser Ausführungsvariante, bei der das Schnappelement kraftbetätigt zwischen zwei mechanisch stabilen Endstellungen wechselt, weist das Schnappelement – ähnlich wie beim thermisch aktivierten Schnappelement mit den Thermobimetall – zumindest zwei form- und/oder kraftschlüssig miteinander verbundene Metallelemente in Form von Metallstreifen oder Metallblechen auf, welche unterschiedliche Kennlinien aufweisen. Die Metallelemente weisen daher im Fall der Thermobimetalle unterschiedliche thermische Kennlinien, insbesondere unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten auf. Im Falle des über eine äußere Kraft betätigbaren Schnappelements weisen die Metallelemente unterschiedliche Feder-Kennlinien auf. Die einzelnen Kennlinien sind dabei derart gewählt, dass ihre Überlagerung den gewünschten Schnappeffekt, also den abrupten Wechsel zwischen zwei Stellungspositionen, gewährleistet.In this embodiment, in which the snap element is power-operated between two mechanically stable end positions, the snap element - similar to the thermally activated snap element with the bimetallic strip - at least two positively and / or non-positively interconnected metal elements in the form of metal strips or metal sheets, which have different characteristics. Therefore, in the case of thermostatic bimetals, the metal elements have different thermal characteristics, in particular different thermal expansion coefficients. In the case of actuatable via an external force snap element, the metal elements have different spring characteristics. The individual characteristics are chosen such that their superposition ensures the desired snap effect, ie the abrupt change between two position positions.
Um ein ungewolltes Auslösen zu Vermeiden ist die Vorrichtung in zweckdienlicher Weiterbildung zu einer Kompensation von äußeren thermischen Einflüssen, wie beispielsweise der Schwankung der Umgebungstemperatur, ausgebildet. Hierzu ist die Vorrichtung insbesondere geeignet gegen äußere Umgebungseinflüsse isoliert, weist daher eine Isolierung beispielsweise aus einem Dämmmaterial auf.In order to avoid unwanted triggering the device is in useful training for compensation of external thermal influences, such as the fluctuation of the ambient temperature is formed. For this purpose, the device is particularly well insulated against external environmental influences, therefore, has an insulation example of an insulating material.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Diese zeigen jeweils in vereinfachten, stark schematisierten Darstellungen:Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to FIGS. These show each in simplified, highly schematic representations:
In den Figuren sind gleich wirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, like-acting parts are provided with the same reference numerals.
In den Figuren ist jeweils ein in einer Ladedose
Der Ladestecker
Der Ladevorgang darf aus sicherheitstechnischen Überlegungen heraus lediglich bei zuverlässig verriegeltem Ladestecker
Das Schnappelement
Mit dem Mittenbereich
Der Übergang zwischen diesen beiden Positionen wird dabei durch Zuführen einer Aktivierungsenergie mit Hilfe eines Aktivierungselements erzielt. Im Ausführungsbeispiel der
Diese Ausgestaltung hat den besonderen Vorteil, dass die Verriegelung automatisch mit dem Ladestrom gekoppelt ist, d. h. solange ein Ladestrom fließt, ist die Verriegelung gewährleistet. Die Rückführung in die Freigabeposition erfolgt also automatisch, sobald das Schnappelement
Alternativ zu der in
Die Ausführungsvariante gemäß
Alternativ zu der thermisch aktivierten Verriegelung bei der Ausführungsvariante gemäß
Bei dem Schnappelement handelt es sich allgemein in beiden Varianten um ein Verbundbauteil aus mehreren hier nicht näher dargestellten Metallelementen, beispielsweise Metallstreifen oder Metallscheiben, die unterschiedliche Charakteristiken bzw. Kennlinien aufweisen. Durch geeignete Wahl dieser thermischen oder mechanischen Kennlinien wird allgemein der gewünschte Schnappeffekt erzeugt. Dieser zeichnet sich generell dadurch aus, dass eine in Sperrrichtung
Bei der Ausführungsvariante der
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 22
- Ladedosecharging socket
- 44
- Ladesteckercharging plug
- 66
- Steckrichtungplug-in direction
- 88th
- Kontaktecontacts
- 1010
- Ladeleitungencharging cables
- 1212
- Akkumulatoraccumulator
- 1414
- Steuereinheitcontrol unit
- 1616
- Steuerleitungcontrol line
- 1818
- Verriegelungsvorrichtunglocking device
- 2020
- Schnappelementsnap element
- 2222
- Sperrbolzenlocking pin
- 2424
- Sperrbuchselocking socket
- 2626
- Sperrrichtungreverse direction
- 2828
- Randbereichborder area
- 3030
- Mittenreichmiddle kingdom
- 32A32A
- Heizelementheating element
- 32B32B
- Elektromagnetelectromagnet
- 3434
- Abzweigleitungbranch line
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- EP 0650179 A1 [0012] EP 0650179 A1 [0012]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R207 | Utility model specification |
Effective date: 20141218 |
|
R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years | ||
R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years | ||
R158 | Lapse of ip right after 8 years |