WO2020108694A1

WO2020108694A1 - Verriegelungsvorrichtung für eine elektrische ladevorrichtung eines kraftfahrzeuges

Info

Publication number: WO2020108694A1
Application number: PCT/DE2019/100996
Authority: WO
Inventors: Benjamin DJEDOVIC; Christian Sturm; Claus Töpfer
Original assignee: Kiekert AG
Current assignee: Kiekert AG
Priority date: 2018-11-26
Filing date: 2019-11-21
Publication date: 2020-06-04
Anticipated expiration: 2021-05-26
Also published as: DE102018129671A1

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine Verriegelungsvorrichtung für eine elektrische Ladevorrichtung (1, 2, 3, 4) eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eines Elektro- oder Hybrid-Kraftfahrzeuges. Die Vorrichtung ist zu diesem Zweck mit einem verfahrbaren Riegelelement (1) ausgerüstet, welches 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 (4) zur Verstellung des Riegelelementes (1) vorgesehen. Erfindungsgemäß ist zusätzlich eine dem Riegelelement (1) zugeordnete und dessen Funktion prüfende Detektionseinheit (10, 11, 12) realisiert.

Description

Beschreibung

Verriegelungsvorrichtung für eine elektrische Ladevorrichtung eines

Kraftfahrzeuges

Die Erfindung betrifft eine Verriegelungsvorrichtung für eine elektrische Ladevorrichtung eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eines Elektro- oder Hybridkraftfahrzeuges, mit einem verfahrbaren Riegelelement, das dazu vorge sehen ist, einen Ladestecker in einer Ladesteckdose der elektrischen Ladevor richtung lösbar zu verriegeln, und mit einem motorischen Antrieb zur Verstel lung des Riegelelementes.

Akkumulatoren von Elektro- oder Hybridkraftfahrzeugen müssen 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 der Ladestecker der Ladesäule im Allgemeinen mit einer kraftfahrzeugseitigen Ladesteckdose gekoppelt und lösbar verriegelt. Die Verriegelung ist erforderlich, um beispielsweise Gesund heitsgefährdungen 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 Ladevor gang eine Identifizierung des Bedieners und eine Berechtigungsprüfung mit Hilfe eines Identifikationssignals statt, wie dies grundsätzlich in der WO 2010/149426 A1 beschrieben wird.

Die Verstellung des Riegelelementes wird im Stand der Technik nach der CN 2020695855 U mit Hilfe eines elektromotorischen Antriebes vorgenommen. Der elektromotorische Antrieb setzt sich seinerseits aus einem Elektromotor und einem nachgeschalteten mehrstufigen Getriebe zusammen. Das mehrstufige Getriebe arbeitet über einen Nocken oder einen Kurbelzapfen auf das Riegelelement.

Darüber hinaus sind vergleichbare Lösungen im gattungsbildenden Stand der Technik nach der DE 10 2011 010 809 A1 bekannt. An dieser Stelle ist eine Verriegelungsvorrichtung realisiert, die mit einem mechanischen Riegel arbeitet. Der mechanische Riegel kann elektromotorisch betrieben werden. Auf diese Weise greift der mechanische Riegel in Nuten im Ladestecker ein und sorgt so dafür, dass der Stecker bzw. Ladestecker mit Hilfe der Verriegelungseinrichtung im Innern der Ladesteckdose verriegelt wird.

Eine ähnliche Lösung wird in der DE 10 2009 030 092 A1 beschrieben. Auch in diesem Fall ist ein Stecker vorgesehen, der in einer Buchse verriegelt werden kann. Über den Stecker bzw. Ladestecker lässt sich auch eine Identifikation des Benutzers erreichen. Außerdem sind Verriegelungsmittel vorgesehen, mit deren Hilfe der Ladestecker in der Ladesteckdose der Ladestation verriegelt werden kann. Für den Antrieb der Verriegelungsmittel sorgt ein elektromotorischer Antrieb.

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 Lade stecker 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. Die nachfolgenden Erwägungen gehen davon aus, dass die Ladesteckdose kraftfahrzeugseitig vorgesehen ist und der im Allgemeinen über eine elektrische Verbindungsleitung mit der Ladesäule gekoppelte Ladestecker mit der kraftfahrzeugseitigen Ladesteckdose gekoppelt und gegenüber dieser lösbar verriegelt wird. Grundsätzlich ist es natürlich auch möglich, dass die Lade steckdose an der Ladesäule realisiert ist und das betreffende Elektro- oder Hybridkraftfahrzeug mit einer eigenen elektrischen Verbindungsleitung mit endseitigem Ladestecker gegenüber der Ladesteckdose an der Ladesäule verriegelt wird. Im Allgemeinen wird jedoch mit einer kraftfahrzeugseitigen Ladesteckdose gearbeitet, in welche der an die Ladesäule angeschlossene Ladestecker lösbar eingreift und gegenüber dieser verriegelt wird.

Die kraftfahrzeugseitige Ladesteckdose muss zu diesem Zweck zusammen mit dem motorischen Antrieb und dem Riegelelement an oder in einer Karosserie eines Kraftfahrzeuges montiert werden. Das geschieht typischerweise im Bereich einer Karosserieöffnung. Zu diesem Zweck werden beispielsweise elektrische Zuleitungen für den motorischen Antrieb ausgehend vom Bordnetz bis hin zum motorischen Antrieb verlegt. Die elektrischen Zuleitungen sind dabei im Allgemeinen als Bestandteil eines ohnehin im Kraftfahrzeug verbauten Kabelbaumes ausgelegt. Auf diese Weise gelingen zwar der Antrieb des Riegelelementes und auch der gewünschte Ladevorgang problemlos. Allerdings besteht bisher ein Problem in der Praxis dann, wenn das Riegelelement durch Fehlgebrauch, mechanische Einwirkungen oder sonst wie beschädigt worden ist. In einem solchen Fall kann nicht (mehr) sichergestellt werden, dass der Ladestecker einwandfrei in der Ladesteckdose verriegelt ist und folglich der Ladevorgang bestimmungsgemäß vorgenommen wird, also mit der von der Ladesäule maximal zur Verfügung gestellten elektrischen Energie. Auch besteht bei Beschädigungen des Riegelelementes die Gefahr von Gesundheits gefährdungen des oder der Benutzer. Hier will die Erfindung insgesamt Abhilfe schaffen. Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine derartige Verriegelungsvorrichtung für eine elektrische Ladevorrichtung eines Kraftfahr zeuges so weiter zu entwickeln, dass etwaige Funktionsstörungen des Riegel elementes einwandfrei erfasst und gegebenenfalls entsprechende Gegenmaß nahmen ergriffen werden können.

Zur Lösung dieser technischen Problemstellung schlägt die Erfindung bei einer gattungsgemäßen Verriegelungsvorrichtung vor, dass eine dem Riegelelement zugeordnete und dessen Funktion prüfende Detektionseinheit vorgesehen ist.

Die Detektionseinheit ist in diesem Zusammenhang wenigstens zweiteilig mit einem Sensor und einer Signale des Sensors auswertenden Steuereinheit ausgerüstet. Zusätzlich kann auch noch ein den Sensor beaufschlagendes Tastelement als dritter Bestandteil vorgesehen sein, welches jedoch insgesamt als Option angesehen werden muss.

Mit Hilfe der Detektionseinheit wird erfindungsgemäß die Funktion des Riegel elementes geprüft. Die Funktionsprüfung kann dabei eine Prüfung der Art sein, dass schlicht und ergreifend mechanische Beschädigungen des Riegelele mentes erfasst werden können, beispielsweise ein Bruch. Grundsätzlich können mit Hilfe der Detektionseinheit aber auch Stellbewegungen des verfahrbaren Riegelelementes dahingehend überprüft werden, dass diese durch den motorischen Antrieb initiierten Stellbewegungen des Riegelelementes beispielsweise gleichmäßig erfolgen. Anderenfalls deutet dies auf etwaige mechanische Probleme des motorischen Antriebes hin, beispielsweise einen Verschleiß dort vorgesehener Zahnräder, Nocken etc. Im Regelfall sorgt die Detektionseinheit erfindungsgemäß jedoch dafür, dass das Riegelelement dahingehend überprüft wird, ob insbesondere ein Bruch vorliegt, so dass das Riegelelement nicht (mehr) in der Lage ist, den Ladestecker einwandfrei in der Ladesteckdose verriegeln zu können. Um diese Funktionalität im Detail umzusetzen, sind der Sensor und/oder das Tastelement am oder im Riegelelement angeordnet. Auf diese Weise folgen der Sensor und/oder das Tastelement den Bewegungen des verfahrbaren Riegel elementes. Außerdem hat es sich in diesem Zusammenhang bewährt, wenn der Sensor und/oder das Tastelement in das Riegelelement eingebettet sind, folglich im Innern des Riegelelementes eine geschützte Anordnung finden.

Hierbei geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, dass das Riegelelement typischerweise als Kunststoffteil und insbesondere Kunststoffspritzgussteil ausgebildet ist. Dadurch ist eine einfache Herstellmöglichkeit für ein Riegelelement, an dem der Sensor bzw. das Tastelement angeordnet ist gegeben, indem der Sensor bzw. das Tastelement bei Herstellung des Riegelelements mit Kunststoff umspritzt und so im Innern des Riegelelementes aufgenommen werden. Außerdem hat es sich in diesem Zusammenhang bewährt, wenn der Sensor eine an die axiale Ausdehnung bzw. Länge des Riegelelementes angepasste Länge aufweist. Meistens entspricht die Länge des Sensors der axialen Ausdehnung bzw. Länge des Riegelelementes, damit der Sensor über die gesamte axiale Länge des Riegelelementes gesehen, etwaige Beschädigungen des Riegelelementes erfassen kann. Demgegenüber ist das Tastelement meistens kopfseitig des Sensors angeordnet. Dadurch kann das kopfseitige Tastelement mit dem demgegenüber angeordneten und dann ortsfesten Sensor wechselwirken.

Sobald sich das Tastelement dem Sensor nähert, werden entsprechende Signale des Sensors mit Hilfe der angeschlossenen Steuereinheit erfasst. Grundsätzlich kann auch der Taster ortsfest angeordnet sein, wohingegen sich der Sensor mit dem Riegelelement bewegen mag. Jede signifikante Abweichung des vom Sensor erzeugten Signales wird nun von der Steuereinheit dahingehend ausgewertet, dass das Riegelelement beschädigt ist bzw. seiner originären Verriegelungsfunktion des Ladesteckers in der Lade steckdose nicht (mehr) nachkommt oder nachkommen kann. Der Sensor und/oder das Tastelement können folglich auch ortsfest und beabstandet zum verfahrbaren Riegelelement platziert werden. In diesem Fall wird man den Sensor bzw. das Tastelement beispielsweise auch sich gegenüberliegend und quer zur Verfahrrichtung des Riegelelementes platzieren. Im einfachsten Fall können der Sensor und das Tastelement in diesem Zusammenhang eine Lichtschranke definieren. Es ist aber auch möglich, dass der Sensor einen vom Riegelelement absolvierten Verfahrweg misst. Dann können Sensor und/oder Taster nicht nur quer, sondern auch längs zum Riegelelement angeordnet werden. Sobald dieser Verfahrweg von etwaigen Sollvorgaben abweicht, was mit Hilfe der Steuereinheit ermittelt werden kann, wird dies erneut als Fehlfunktion des Riegelelementes und dessen etwaige Beschädigungen interpretiert.

Den Sensor selbst kann insgesamt beispielsweise als Wegsensor, als elektrischer Widerstandssensor, als Lichtsensor oder auch als Flall-Sensor ausgebildet sein, und zwar einzeln oder in Kombination. Ist der Sensor in diesem Fall als elektrischer Widerstandssensor ausgelegt, besteht die Möglichkeit, im Riegelelement beispielsweise eine offene Drahtschleife zu definieren. Über die offenen Enden der Drahtschleife kann ein etwaiger Bruch des Riegelelementes schlicht und ergreifend über eine Widerstandsmessung erfasst und ermittelt werden. Alternativ kann eine geschlossene Drahtschleife im Riegelelement eingebracht sein, welche mittels einer Induktionsmessung detektiert wird. Ein Bruch des Riegelelements kann in dieser Ausgestaltung darüber ermittelt werden, dass die Drahtschleife durch den Bruch des Riegelelements aufgebrochen ist und somit kein Stromfluss zustanden kommt.

Von diesem Prinzip macht auch eine Lösung Gebrauch, bei welcher die fragliche Drahtschleife nicht beispielsweise dergestalt hergestellt wird, dass ein elektrischer Leiter in das Riegelelement aus Kunststoff eingelegt wird, sondern es besteht die Möglichkeit, das Riegelelement aus zwei Komponenten herzustellen. In diesem Fall mag das Riegelelement über eine U-förmige Aussparung verfügen, in welche als zweite Komponente ein elektrisch leitender Kunststoff eingespritzt wird. Alternativ hierzu ist es auch möglich, eine Leiter bahn durch eine Laserstrukturierung und anschließend aufgebrachte Leiter bahnschicht im Innern des Riegelelementes zu definieren. Diese sämtlichen zuvor beschriebenen Varianten sind als Möglichkeiten zur Realisierung eines elektrischen Widerstandssensors anzusehen. In diesem Fall wird ein Strom durch die U-förmige Leiterbahn hindurchgeschickt und ihr Ohm’scher Wider stand gemessen. Sobald das Riegelelement beschädigt ist, steigt der Ohm’sche Widerstand an, möglicherweise bis auf sehr große Werte bei einem Bruch.

Das Riegelelement und das Tastelement können auch einstückig als Zweikomponenten-Bauteil aus Kunststoff hergestellt sind, in dem in einem Grundkörper des Riegelelements aus einem nichtleitenden Kunststoff eine Leiterschleife aus einem leitenden Kunststoff eingebracht ist. Hierdurch kann ein besonderes leichtes Riegelelement bereitgestellt werden.

In einem weiteren möglichen Herstellungsverfahren kann eine Leiterschleife, beispielsweise aus einem Stanzblech ausgestanzt werden, und anschließend mit Kunststoff umspritzt werden, um das Riegelelement auszubilden. Auch können Riegelelement und Tastelement in der Art ausgebildet sein, dass das Riegelelement aus einem leitenden Metall mit begrenzter Bruchdehnung und einem Polymer hergestellt, wobei ersteres das Tastelement ausbildet und gleich als Grundkörper des Riegelelements einen überwiegenden Teil der auf das Riegelelement wirkenden Kräfte aufnimmt, wogegen das Polymer überwiegend die Funktion einer Beschichtung des Metalls bereitstellt. Unter einem„Metall mit begrenzter Bruchdehnung“ soll in diesem Zusammenhang verstanden werden, dass das Metall in Bezug auf seine Bruchdehnungseigenschaften derart ausgewählt ist, dass es bei Überbeanspruchung, bei der das verwendete Polymer bricht, ebenfalls bricht, anstelle sich zu verformen, so dass dadurch die Leiterschleife unterbrochen wird. Grundsätzlich kann der Sensor auch als Wegsensor ausgebildet sein. In diesem Fall wird ein Hub bzw. der Verfahrweg des Riegelelementes gemessen. Das kann mit Hilfe des Wegsensors erfolgen, welcher am oder im Riegelelement vorgesehen ist. Jede Abweichung des gemessenen Verfahr weges wird in der Steuereinheit dahingehend überprüft, ob der Verfahrweg beispielsweise vollständig absolviert wurde. Es ist auch möglich, etwaige Unregelmäßigkeiten des motorischen Antriebes zu ermitteln.

Grundsätzlich ist als Sensor auch ein Lichtsensor denkbar, welcher auf eine Lichtquelle als Tastelement reagiert. Sobald das Riegelelement eine auf diese Weise gebildete Lichtschranke erreicht, kann dies als normaler und mit einem bestimmungsgemäßen Riegelvorgang verbundener Verfahrweg von der Steuereinheit, die entsprechende Signale des Lichtsensors auswertet, interpretiert werden. Bei einem Bruch des Riegelelementes wird die fragliche Lichtschranke im Regelfall nicht (mehr) erreicht.

Vergleichbar wird vorgegangen, wenn das Tastelement beispielsweise als Permanentmagnet ausgebildet ist, welcher in das Riegelelement typischerweise kopfseitig eingebettet ist. Verfahrbewegungen des Riegelelementes führen nun bei einem dem Permanentmagneten gegenüberliegenden ortsfesten Hall- Sensor zu einer entsprechenden Änderung der gemessenen magnetischen Feldstärke. Diese Änderungen der magnetischen Feldstärke infolge des Verfahrweges des Riegelelementes können mit Hilfe der die Signale des Hall- Sensors auswertenden Steuereinheit erfasst und beispielsweise mit Vergleichswerten verglichen werden. Kommt es zu signifikanten Abweichungen, so wird dies als Beschädigung oder Bruch des Riegelelementes interpretiert.

Grundsätzlich kann das Tastelement auch als Taststift beispielsweise aus Metall, insbesondere aus einem magnetisierbarem Metall, ausgebildet sein. Dabei hat es sich in diesem Zusammenhang bewährt, wenn auch der Taststift bzw. das entsprechend gestaltete Tastelement kopfseitig des Verriegelungselementes angeordnet ist. In diesem Fall mag das Tastelement aus Metall und insbesondere magnetisierbarem Metall bei einer erfolgten Verriegelung mehr oder minder vollständig in eine stromdurchflossene Spule als Wegsensor eintauchen. Hieraus resultiert eine Änderung des Stromflusses, die von der Steuereinheit dahingehend ausgewertet werden kann, ob das Tastelement und mit ihm das Riegelelement den kompletten Verfahrweg absolviert hat oder nicht. Bei einem Bruch des Riegelelementes oder einer Beschädigung ist damit zu rechnen, dass der Verfahrweg nicht komplett absolviert wird, was mit Hilfe der Steuereinheit und unter Rückgriff auf die die Spule als Wegsensor durchfließende Stromstärke ermittelt wird. Alternativ kann das Tastelement bestehend aus magnetisierbarem auch achsparallel zu der stromdurchflossenen Spule bewegt werden, wodurch ebenfalls durch Induktion eine Änderung des Stromflusses in der Spule resultiert. Ebenfalls kann alternativ das Tastelement in einem Winkel, beispielsweise einem rechten Winkel, zu einer Achse der Spule geführt werden.

In einer weiteren, nicht in den Figuren dargestellten Variante, kann das Tastelement als flexible Flachleitung ausgeführt sein, welche mit einem Sensor, der als Anschlagkontakt ausgeführt ist, wechselwirkt.

Jedenfalls bestehen verschiedenartige Möglichkeiten dahingehend, die Detektionseinheit im Detail und in der Praxis umzusetzen. In jedem Fall wird mit Hilfe der Detektionseinheit das Riegelelement auf seine Funktion hin überprüft, insbesondere dahingehend, ob ein etwaiger Bruch oder eine Verformung vor liegt, welche unter Umständen dazu führt, dass der Ladestecker nicht (mehr) einwandfrei in der Ladesteckdose verriegelt werden kann. Das alles lässt sich mit Hilfe der Steuereinheit ermitteln. Die Steuereinheit kann wie die Detektionseinheit einen Bestandteil der Verriegelungsvorrichtung darstellen, es kann jedoch auch eine ohnehin im Kraftfahrzeug vorhandene, auch für weitere Zwecke verwendete Steuereinheit diese Aufgabe übernehmen. Damit ist die kraftfahrzeugseitig verbaute Verriegelungsvorrichtung unmittelbar in der Lage, über die Steuereinheit beispielsweise ein entsprechendes Signal kraftfahrzeugseitig zu erzeugen und einem Bediener zur Kenntnis zu bringen. Selbstverständlich kann das fragliche Signal bei Bedarf auch nicht nur an den Bediener, sondern auch an die Ladesäule, gegebenenfalls auch drahtlos übermittelt werden, um bei unvollständiger oder nicht einwandfreier Verriegelung des Ladesteckers in der Ladesteckdose eine Fehlermeldung zu erzeugen bzw. sicherzustellen, dass der Ladevorgang nicht erfolgt, um etwaige Gesundheitsgefährdungen des Bedieners auf jeden Fall zu vermeiden. Zugleich mag auch eine entsprechende Meldung an einen Betreiber der Ladesäule und/oder den Kraftfahrzeughersteller erfolgen. Das kann beispielsweise drahtlos oder drahtgebunden über ein Rechnernetzwerk, beispielsweise das Internet, erfolgen. Hierin sind die wesentlichen Vorteile zu sehen.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 die erfindungsgemäße Verriegelungsvorrichtung in einer perspek tivischen Übersicht,

Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch die Verriegelungsvorrichtung nach Fig. 1 im Bereich des Verriegelungselementes,

Fig. 3 das Verriegelungselement in einer ersten Variante zusammen mit mehreren Schnittdarstellungen für weitere Varianten,

Fig. 4 das Verriegelungselement in einer zweiten denkbaren Ausführungsform und

Fig. 5 das Verriegelungselement unter Berücksichtigung einer zusätzlichen dritten Ausführungsvariante. In den Figuren ist eine Verriegelungsvorrichtung für eine elektrische Ladevor richtung 1 , 2, 3, 4 eines nicht näher dargestellten Kraftfahrzeuges wieder gegeben. Die in der Fig. 1 gezeigte Verriegelungsvorrichtung mag im Bereich einer Karosserieöffnung platziert sein, in welcher sich eine insbesondere in der Fig. 2 zu erkennende Ladesteckdose 3 befindet. Um Akkumulatoren des nicht ausdrücklichen Kraftfahrzeuges laden zu können, wird in die Ladesteckdose 3 ein Ladestecker 2 eingesteckt, der mit Hilfe eines Riegelelementes 1 in der Ladesteckdose 3 verriegelt wird. Bei dem Riegelelement 1 handelt es sich im Ausführungsbeispiel und nicht einschränkend um einen größtenteils zylin drischen und aus Kunststoff hergestellten Riegelstift 1.

Zu diesem Zweck greift das Riegelelement bzw. der Riegelstift 1 in eine Ausnehmung im Ladestecker 2 ein, die in Fig. 2 zu erkennen ist. Das ist erst dann möglich, wenn der Ladestecker 2 einwandfrei in die Ladesteckdose 3 eingesteckt ist und seine frontseitig zu erkennenden Steckkontakte in entspre chende Steckbuchsen der Ladesteckdose 3 eingreifen, damit anschließend der Ladevorgang erfolgen kann. Da ein solcher Ladevorgang mit einer anliegenden Hochspannung und unter Berücksichtigung erheblicher Ladeströme erfolgt, kommt der Verriegelung des Ladesteckers 2 in der Ladesteckdose 3 mit Hilfe des Riegelelementes 1 bzw. Riegelstiftes 1 eine besondere Bedeutung zu. Bei der in Fig. 2 dargestellten Ladesteckdose 3 handelt es sich um eine Ladesteckdose 3 nach der in Europa gebräuchlichen Typ 2-Bauweise. Die erfindungsgemäße Verriegelungsvorrichtung kann jedoch, mit den notwendigen Anpassungen, auch für die in Nordamerika verwendeten Stecker-Typ 1 nach der SAE J1772-Norm, für das CHAdeMO-Ladesystem oder Ladesteckdosen nach dem chinesischen GB/T 20234-2015-Standard verwendet werden.

Tatsächlich ist das Riegelelement bzw. der Riegelstift 1 insgesamt verfahrbar ausgebildet, kann nämlich entsprechend der Doppelpfeildarstellung in der Fig. 1 in seiner Längsrichtung verfahren werden. Dazu ist ein motorischer Antrieb 4 vorgesehen. Wie bereits erläutert, ist das Riegelelement 1 dazu eingerichtet, den Ladestecker 2 in der Ladesteckdose 3 der elektrischen Ladevorrichtung 1 , 2, 3, 4 lösbar zu verriegeln. Die Ladevorrichtung 1 , 2, 3, 4 weist dann das Riegelelement 1 , den Ladestecker 2, die Ladesteckdose und schließlich den Antrieb 4 für das Riegelelement 1 auf.

In der Fig. 1 erkennt man noch, dass die Ladevorrichtung 1 , 2, 3, 4 insgesamt in einem Gehäuse 5 aufgenommen wird. Das Gehäuse 5 ist im Bereich des Riegelelementes 1 mit einer eingelassenen Dichtung 6 ausgerüstet ist, gegen über welcher das Riegelelement bzw. der Riegelstift 1 verschieblich und dichtend gehalten wird. Ein zusätzlich noch in der Fig. 1 zu erkennender Steck vorsprung 7 weist in seinem Innern Steckkontakte 8 auf, mit deren Hilfe die gesamte in der Fig. 1 dargestellte Verriegelungsvorrichtung mit beispielsweise einem Kabelbaum des Kraftfahrzeuges gekoppelt wird.

Von besonderer Bedeutung ist nun die spezielle Auslegung des Riegelelementes bzw. Riegelstiftes 1 in den Darstellungen nach den Fig. 3 bis 5. Anhand dieser Einzeldarstellungen erkennt man, dass das größtenteils zylindrische Riegelelement 1 fußseitig mit einer U-förmigen Aussparung 9 ausgerüstet ist, in welche ein Zapfen als Bestandteil des motorischen Antriebes 4 eingreift, um für die in der Fig. 1 durch den Doppelpfeil angedeutete verfahrbare Bewegung entlang eines Verfahrweges S des Riegelelementes 1 zu sorgen, wie er in der Fig. 2 schematisch angedeutet worden ist. Dieser Verfahrweg S korrespondiert dazu, dass das Riegelelement 1 so weit in die zugehörige Ausnehmung im Ladestecker 2 eintaucht, dass der Ladestecker 2 einwandfrei in der Ladesteckdose 3 verriegelt ist und der gewünschte Ladevorgang bestimmungsgemäß erfolgen kann.

Um nun kraftfahrzeugseitig feststellen zu können, ob das Riegelelement 1 tat sächlich den kompletten Verfahrweg S absolviert hat bzw. nicht irgendwelche mechanische Beschädigungen aufweist, ist erfindungsgemäß dem Riegelelement 1 eine dessen Funktion prüfende Detektionseinheit 10, 1 1 , 12 zugeordnet.

Die Detektionseinheit 10, 1 1 , 12 ist wenigstens zweiteilig mit einem Sensor 10 und einer Signale des Sensors 10 auswertenden Steuereinheit 12 ausgerüstet. Die Steuereinheit 12 mag ihrerseits Signale an eine Anzeige im Innern des Kraftfahrzeuges über etwaige Funktionsstörungen übermitteln. Das ist im Detail einleitend bereits beschrieben worden. Zusätzlich zu dem Sensor 10 und der Steuereinheit 12, welche entsprechende Signale des Sensors 10 aufnimmt und auswertenden ist meistens noch ein den Sensor 10 beaufschlagendes Tast element 1 1 vorgesehen. Das Ausführungsbeispiel nach der Fig. 3 arbeitet lediglich mit dem Sensor 10 und der Steuereinheit 12, wohingegen in den Aus führungsbeispielen nach den Fig. 4 und 5 der Sensor 10, das Tastelement 1 1 und die Steuereinheit 12 realisiert sind.

Bei einer vergleichenden Betrachtung der sämtlichen Ausführungsbeispiele erkennt man, dass der Sensor 10 und/oder das Tastelement 1 1 am oder im Riegelelement 1 angeordnet sind. Auf diese Weise kann der Sensor 10 bzw. das Tastelement 1 1 den Bewegungen des Riegelelementes 1 entlang des Verfahrweges S folgen. Dabei mögen der Sensor 10 bzw. das Tastelement 11 jeweils in das Riegelelement 1 eingebettet sein. Das zeigt die Fig. 3. Demgegenüber arbeiten die Varianten der Fig. 4 und 5 so, dass das Tastelement 1 1 zusammen mit dem Riegelelement 1 bewegt wird und unterschiedliche Signale im ortsfesten Sensor 10 erzeugt.

Im Rahmen des Ausführungsbeispiels nach der Fig. 3 verfügt der Sensor 10 über eine an die axiale Länge L des Riegelelementes 1 angepasste Länge. Tatsächlich entspricht die Länge des Sensors 10 der axialen Länge L des Riegelelementes 1 , so dass der Sensor 10 praktisch über die gesamte axiale Länge L des Riegelelementes etwaige Beschädigungen feststellen kann. Im Rahmen der Beispiele nach der Fig. 3 ist der Sensor 10 jeweils in das Riegel- element 1 eingebettet und folgt seinen Bewegungen. An dieser Stelle mag dabei so vorgegangen sein, dass der Sensor 10 als Draht respektive Widerstandsdraht in das Riegelelement 1 eingebettet ist bzw. bei der Herstellung des Riegelelementes 1 von Kunststoff umspritzt wird. Da der an dieser Stelle vorgesehene Widerstandsdraht oder allgemein elektrische Leiter insgesamt U-förmig ausgebildet ist, kann über die beiden Enden dieser U- förmigen Ausprägung die Steuereinheit 12 angeschlossen werden und beispielsweise Widerstandsmessungen des Sensors 10 bzw. des Drahtes oder auch Widerstandsdrahtes vornehmen. Eine etwaige Beschädigung des Riegelelementes 1 führt nun zu signifikanten Änderungen des Widerstandes, die seitens der Steuereinheit 12 gemessen und als Beschädigungen des Riegelelementes 1 interpretiert werden.

Die weiteren und lediglich im Schnitt dargestellten Varianten des Sensors 10 im Rahmen der Fig. 3 sind unter anderem dadurch gekennzeichnet, dass das Riegelelement 1 eine U-förmige Ausnehmung aufweist, in welche ein metallischer Draht eingespritzt wird, wie dies die obere der Schnittdarstellungen in der Fig. 3 bildlich wiedergibt. Es ist aber auch möglich, das Riegelelement 1 einerseits und den Sensor 10 andererseits jeweils als Kunststoffkomponenten auszulegen und im Sinne einer zweikomponentigen Ausprägung miteinander zu vereinigen. In diesem Fall stellt das Riegelelement 1 die eine Kunststoffkompo nente dar, welche mit dem Sensor 2 als zweiter Kunststoffkomponente vereinigt wird. Die zweite Kunststoffkomponente kann als beispielsweise elektrisch leitender Kunststoff eingespritzt oder separat mit der ersten Komponente vereinigt werden.

In diesen sämtlichen und im Schnitt dargestellten Fällen der Fig. 3 wird wiederum eine U-förmige Schleife des Sensors 10 bzw. eine entsprechende Drahtschleife gebildet, deren offene Enden an die Steuereinheit 12 angeschlossen sind. Dadurch kann die Steuereinheit 12 wie beschrieben Widerstandsmessungen des Sensors 10 vornehmen und etwaige Beschädigungen des Riegelelementes 1 über dessen gesamte axiale Länge L feststellen. Die Steuereinheit 12 meldet eine etwaige Beschädigung des Riegel elementes 1 wie gehabt an eine Anzeige im Innern des Kraftfahrzeuges.

Bei der Variante nach der Fig. 4 ist ein zusätzliches Tastelement 1 1 vor gesehen. Das Tastelement 1 1 findet sich kopfseitig des Verriegelungs elementes 1 und ist im Innern des Verriegelungselementes 1 angeordnet. Das Tastelement 1 1 folgt den Bewegungen des Riegelelementes 1. Der Sensor 10 liegt nun dem kopfseitigen Ende des Riegelelementes 1 und folglich auch dem Tastelement 1 1 gegenüber. Dazu ist der Sensor 10 ortsfest im Gehäuse 5 angeordnet.

Sobald das Riegelelement 1 entlang des Fahrweges S verfahren wird, sorgt das im Ausführungsbeispiel nach der Fig. 4 als Permanentmagnet ausgebildete Tastelement 1 1 kopfseitig des Riegelelementes 1 dafür, dass in dem in diesem Fall als Flall-Sensor ausgebildeten Sensor 10 eine variierende Flall-Spannung erzeugt wird. Das heißt, die Absolvierung des Verfahrweges S seitens des Verriegelungselementes 1 führt zu einem charakteristischen zeitlichen Verlauf der beispielsweise mit Hilfe der Steuereinheit 12 in diesem Fall gemessenen Flall-Spannung ausgangsseitig des Flall-Sensors 10. Etwaige Abweichungen von diesem charakteristischen Verlauf werden erneut als Beschädigungen oder Fehlfunktionen des Riegelelementes 1 interpretiert.

Die Variante nach der Fig. 5 geht so vor, dass in diesem Fall als Tastelement 1 1 ein metallischer und insbesondere magnetisierbarer Taststift 1 1 in das Riegelelement 1 eingebettet ist. Das kann erneut kopfseitig erfolgen. Die Absol vierung des Verfahrweges S führt nun in diesem Fall dazu, dass das kopfseitige Ende des Riegelelementes 1 mit dem dort platzierten Tastelement 11 respektive dem in diesem Zusammenhang vorgesehenen Metallstift mehr oder minder in eine das kopfseitige Ende des Riegelelementes 1 aufnehmende Spule als Sensor 10 eintaucht. Als Folge hiervon verändert sich die Induktivität der Spule bzw. des Sensors 10, welche über die an die Spule angeschlossene Steuereinheit 12 gemessen werden kann, indem die Steuereinheit 12 beispielsweise eine Wechselspannung an die Spule 10 anlegt. Jedenfalls kann auch in diesem Fall die komplette Absolvierung des Verfahrweges S des Riegelelementes 1 mit Hilfe der Steuereinheit 12 erfasst werden. Alternativ hierzu kann das kopfseitige Ende des Riegelelementes 1 mit dem Tastelement 1 1 koaxial zu der Spule verfahren werden, wodurch sich ebenfalls die Induktivität der Spule verändert. Auch eine Verfahrung des kopfseitigen Endes des Riegelelements 1 mit einem Winkel zur Achse der Spule, beispielsweise mit einem rechten Winkel, ist eine mögliche Alternative.

Bei den Varianten nach den Fig. 4 und 5 mit dem dortigen Tastelement 1 1 ist es selbstverständlich auch möglich, die Verfahrbewegung des Riegelelementes 1 komplett zu überprüfen. Das heißt, der Sensor 10 ist in diesem Fall als Weg sensor zur Erfassung des Verfahrweges S ausgebildet. Demgegenüber handelt es sich bei dem Draht in der Variante nach Fig. 3 im Endeffekt um einen elek trischen Widerstandssensor.

In der Fig. 2 angedeutet ist die zusätzliche Möglichkeit, mit einer Lichtschranke zu arbeiten, welche einen als Lichtsensor ausgebildeten Sensor 10 und eine gegenüberliegende Lichtquelle als Tastelement 1 1 aufweist. In diesem Fall liegen sich der Sensor 10 und das Tastelement 11 gegenüber und sind senkrecht zum demgegenüber verfahrbaren Riegelelement 1 orientiert. Außerdem sind der Sensor 10 und das Tastelement 11 ortsfest und beabstandet zu dem fraglichen Riegelelement 1 platziert, beispielsweise im Innern des Ladesteckers 2 und/oder im Innern der Ladesteckdose 3. Mit Hilfe der auf diese Weise umgesetzten Lichtschranke kann erneut festgestellt werden, ob das Riegelelement 1 seinen Verfahrweg S komplett absolviert hat oder nicht. In Abhängigkeit hiervon werden entsprechende Signale des Sensors 10 von der Steuereinheit 12 verarbeitet und münden gegebenenfalls in eine Fehlermeldung. Bezugszeichenliste

1,2, 3,4 Ladevorrichtung

(Riegelelement 1 , Ladestecker 2, Ladesteckdose 3, Antrieb 4)

Gehäuse

6 Dichtung

7 Steckvorsprung

8 Steckkontakt

9 Aussparung

10, 11,12 Detektionseinheit

(Sensor 10, Tastelement 11 , Steuereinheit 12)

S Verfahrweg

L axiale Länge

Claims

Patentansprüche

1. Verriegelungsvorrichtung für eine elektrische Ladevorrichtung (1, 2, 3, 4) eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eines Elektro- oder Hybrid-Kraftfahr- zeuges, mit einem verfahrbaren Riegelelement (1), das dazu vorgesehen ist, einen Ladestecker (2) in einer Ladesteckdose (3) der elektrischen Ladevorrich tung (1, 2, 3, 4) lösbar zu verriegeln, und mit einem motorischen Antrieb (4) zur Verstellung des Riegelelementes (1), dadurch gekennzeichnet, dass eine dem Riegelelement (1) zugeordnete und dessen Funktion prüfende Detektionseinheit (10, 11, 12) vorgesehen ist.

2. Verriegelungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinheit (10, 11, 12) wenigstens zweiteilig mit einem Sensor (10) und einer Signale des Sensors (10) auswertenden Steuereinheit (12) ausgerüstet ist.

3. Verriegelungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein den Sensor (10) beaufschlagendes Tastelement (11) vorgesehen ist.

4. Verriegelungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (10) und/oder das Tastelement (11) am oder im Riegelelement (1) angeordnet sind.

5. Verriegelungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (10) und/oder das Tastelement (11) in das Riegelelement (1) eingebettet sind.

6. Verriegelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (10) eine an die axiale Ausdehnung bzw. Länge (L) des Riegelelementes (1) angepasste Länge aufweist.

7. Verriegelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Tastelement (1 1 ) kopfseitig des Verriegelungs elementes (1 ) angeordnet ist.

8. Verriegelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (10) und/oder das Tastelement (1 1 ) ortsfest und beabstandet zum verfahrbaren Riegelelement (1 ) platziert sind.

9. Verriegelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (10) beispielsweise als Wegsensor, elektrischer Widerstandssensor, Lichtsensor oder Hall-Sensor einzeln oder in Kombination ausgebildet ist.

10. Verriegelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Tastelement (1 1 ) beispielsweise als Taststift, Lichtquelle oder Permanentmagnet einzeln oder in Kombination ausgebildet ist.

1 1. Verriegelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Riegelelement (1 ) und das Tastelement (1 1 ) einstückig ausgeführt sind