WO2022117151A1 - Elektromotorische antriebseinheit für kraftfahrzeug-technische anwendungen - Google Patents

Elektromotorische antriebseinheit für kraftfahrzeug-technische anwendungen Download PDF

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WO2022117151A1
WO2022117151A1 PCT/DE2021/100957 DE2021100957W WO2022117151A1 WO 2022117151 A1 WO2022117151 A1 WO 2022117151A1 DE 2021100957 W DE2021100957 W DE 2021100957W WO 2022117151 A1 WO2022117151 A1 WO 2022117151A1
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drive unit
leaf spring
sensor
control
control element
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PCT/DE2021/100957
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Tim SONNENSCHEIN
Benjamin DJEDOVIC
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Kiekert AG
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Kiekert AG
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    • E05B81/42—Cams
    • E05B81/44—Cams in the form of grooves

Definitions

  • the invention relates to an electromotive drive unit for motor vehicle applications, in particular a locking unit for an electric charging device of a motor vehicle, preferably an electric or hybrid motor vehicle, with an electric motor and possibly a downstream transmission, also with a movable actuating element, and with a control element and at least one spring for loading of a sensor.
  • Accumulators of electric or hybrid motor vehicles have to be supplied with electrical energy on a regular basis. This is usually done using a charging infrastructure, which typically includes charging stations.
  • a charging infrastructure typically includes charging stations.
  • the charging plug of the charging station is generally coupled to a charging socket on the motor vehicle and locked in a releasable manner.
  • the interlock is necessary to avoid health hazards, for example, since high voltage is generally used at this point.
  • the locking also ensures that only previously identified users lawfully draw the energy provided by the charging station and misuse is prevented.
  • an identification of the operator and an authorization check using an identification signal usually takes place before such a loading process, as is basically described in WO 2010/149426 A1.
  • an electromotive drive unit designed in this context as a locking unit i. V. m. the associated electrical charging device are described by way of example in DE 10 2018 1 14 205 A1 by the applicant.
  • the drive unit or locking unit is modularly coupled to a loading module.
  • the charging module has a charging socket that is detachably coupled to the charging plug of the charging infrastructure. This is ensured by the actuating element or locking element, which can generally be moved linearly with the aid of the locking unit.
  • the linearly displaceable actuating element can also be used as an opening element for a motor vehicle door.
  • electromotive drive unit it is also conceivable to use such an electromotive drive unit to lock a tank flap or other flaps.
  • electromotive drive units are used as a locking unit or locking actuator i. V. m.
  • Electrical charging devices are used, as described in detail in DE 10 2018 114 205 A1, which has already been described above and is referred to.
  • a generic electromotive drive unit has become known from CN 202695855 U. At this point, a control disc is provided, which is obviously biased by a local spring. A sensor or switch is acted upon with the aid of the control disc in order to be able to query the associated position of the actuating element.
  • DE 10 2009 039 652 A1 has disclosed other spring arrangements which i. V. m. serve a control cam to act on a switch.
  • DE 10 2013 008 550 A1 shows something similar. In fact, a ramp that acts on a microswitch is already being used at this point.
  • the invention is based on the technical problem of further developing such a drive unit in such a way that damage-free operation with high resolution is ensured.
  • the invention proposes in a generic electromotive drive unit for motor vehicle applications that the spring for loading the sensor is designed as a leaf spring arranged between a control contour of the control element and the sensor, which has a ramp on said control contour Impingement of the sensor slides along.
  • the spring experiences a special positioning in order to act on the sensor, namely between the control contour of the control element on the one hand and the sensor on the other hand.
  • movements of the control contour which are to be scanned using the sensor, are not transmitted directly to the sensor, but rather using the interposed leaf spring.
  • the interposed leaf spring there is first of all a mechanical decoupling between the control contour of the control element on the one hand and the sensor on the other, so that any load peaks, tilting movements, etc. due to the principle of the sensor or a switch or microswitch usually used at this point are eliminated by the interposed leaf spring be kept away.
  • a leaf spring is advantageously used as the spring, ie a spring formed from a metal strip, the metal strip having a narrow side and a wide side.
  • the question in question Leaf spring can of course also be made from a different spring material, for example plastic. Mixed forms in the sense of metal/plastic are also conceivable.
  • the leaf spring is now equipped with the ramp, which slides along the control contour of the control element to act on the sensor.
  • the ramp also ensures that any mechanical load peaks in relation to the sensor to be acted upon are dampened.
  • the sensor is typically a switch and in particular a microswitch, which according to the invention generally rests with its switching cam on the leaf spring in question. That is, the leaf spring works on the switch cam, which in turn actuates the switch or is part of the switch. Due to the design achieved according to the invention and the interposition of the leaf spring, any load peaks on the switching cam and/or tilting movements are now reliably avoided.
  • the procedure here is regularly such that the narrow side of the leaf spring is aligned along the axial direction in which, according to the invention, sensor signals are measured with the aid of the sensor or switch.
  • the control contour has a different axial extension in said axial direction, which is scanned by the ramp of the leaf spring and transmitted to the switch cam of the switch in the example.
  • the axial direction is determined by the longitudinal extent of the control element.
  • the broad side of the leaf spring is predominantly aligned in the same plane as a plane spanned by a control disk as part of the control element.
  • the control disk advantageously represents a part of the control element and is equipped with the control contour.
  • the control element is now set in rotation with the help of the electric motor and, if necessary, the downstream gear. These rotations correspond to the control element sliding along the ramp of the leaf spring with its control disk. Since the control disc the control contour has and the control contour in turn has areas of different axial extent, the ramp of the leaf spring in contact with the control contour is deflected by this to a greater or lesser extent. The deflections of the ramp of the leaf spring are then in turn transmitted to the sensor, specifically serving to act on the switching cam and thus the switch in the example.
  • the rotational movement of the electric motor or the downstream gear is converted into an axial movement of the leaf spring or its ramp sliding along the control contour with the aid of the control element.
  • This axial movement is transmitted to the sensor and results in sensor signals that can typically be evaluated using a control unit connected to the sensor. Since the electric motor, with a possibly downstream gearbox, not only causes the control element to rotate, but also works on the movable actuating element, the movement of the actuating element can be deduced from the sensor signals as desired. In other words, the sensor ultimately serves to record the movement of the actuating element.
  • the actuating element usually has a U-shaped receptacle into which an eccentric of a gear part engages.
  • a gear is basically superfluous, although it is generally provided and implemented. Due to the fact that the eccentric on the gear part engages in the U-shaped receptacle of the actuating element, rotary movements of the associated gear part are converted into corresponding linear movements of the actuating element. If the electromotive drive unit is designed as a locking unit at this point, corresponding linear movements of the locking element or actuating element correspond to this.
  • control element is prestressed in the axial direction with the aid of the leaf spring. That is, the control is biased by the leaf spring in the direction of a stop in a housing.
  • any axial movements of the control element can be easily compensated for with the help of the leaf spring interposed between the control element and the sensor.
  • Such axial movements of the control mentes may occur when the electric motor and, consequently, the downstream gearbox change direction.
  • control element is usually mounted on a drive pin in a rotationally fixed and axially displaceable manner.
  • This drive pin can be part of a transmission part.
  • the control element can compensate for any axial movements of the drive or the transmission part, for example due to the reversal of direction already mentioned.
  • the control element In order to implement in detail the axially movable and at the same time non-rotatable coupling between the control element and the drive pin or the transmission part having the drive pin, the control element usually has an anti-rotation device which engages in a receptacle. In the example described, this recording can be found in or on the transmission part.
  • the anti-rotation lock may be a pin that engages in the receptacle and is adapted to the size of the receptacle. In any case, this provides a coupling between the control element and the associated gear part that is both axially movable and non-rotatable.
  • the strip-shaped leaf spring is usually connected at one end to the previously mentioned housing.
  • the housing is typically a plastic housing which accommodates and encloses the entire electromotive drive unit in its interior.
  • the other end of the leaf spring on the other hand, is equipped with an end stop.
  • the end stop can interact with a stop on the housing to limit travel. This means that as soon as the control element or its control disk has completed a certain travel distance, the leaf spring moves with its end stop against the stop. This results in travel limitation and any overstretching of the switching cam is avoided, for example. In principle, this also prevents damage to the sensor according to the invention.
  • the leaf spring has a stiffened area for interaction with the sensor.
  • the stiffened area is specifically implemented in such a way that it has an L or U shape in cross section.
  • the leaf spring is widened in the stiffened area in question or equipped with additional projections in order to be able to provide the mentioned L or U shape in cross section and thereby define the stiffened area. Otherwise, the leaf spring has its consistent stripe-like character throughout.
  • the leaf spring can also be equipped with an elastic area that changes shape in the axial direction.
  • the elastic area is designed in such a way that it changes its shape in the manner of an accordion. This provides the desired shape elasticity, ie a macroscopic elasticity, if you will, in comparison to the microscopic elasticity inherent in the material for the leaf spring.
  • the area of the leaf spring that changes shape like an accordion can be designed and implemented in detail in such a way that the leaf spring is deformed in a wavy manner in the axial direction.
  • an electromotive drive unit for motor vehicle applications is described and made available, which has proven itself in particular as a locking unit for an electric charging device of a motor vehicle.
  • the electromotive drive unit has a linearly movable actuating element or locking element. The position of this actuating element or locking element is queried using a sensor.
  • a control element which is set into rotation using the electromotive drive unit is provided according to the invention, which works with the interposition of a leaf spring on the sensor.
  • the interposed leaf spring keeps mechanical load peaks away from the sensor and also any tilting movements transmitted to the sensor, which may be explained by movements of the drive as such or by changing friction conditions.
  • the leaf spring is specially shaped, has an end stop to limit travel and a stiffened area so that the sensor and a switching cam in particular can be actuated properly.
  • An additionally provided elastic area ensures that it is not possible to apply pressure to the sensor beyond its internal end stop, so to speak, and that this is sort of absorbed by a deformation of the elastic area. This reliably prevents damage to the sensor, even over long time scales.
  • the leaf spring ensures that the control element is coupled to the drive in a rotationally fixed manner, but that movements in the axial direction are deliberately permitted.
  • the drive cannot transfer any axial movements, for example in the event of a direction reversal, to the sensor, which is therefore optimally protected against damage during operation, although it delivers a particularly precise and reliable sensor signal. This is where the main advantages can be seen.
  • FIG. 2 shows the object according to FIG. 1 in a detailed view in the area of the control element including the sensor and leaf spring,
  • Fig. 3 shows the object of FIG. 2 in a view from above
  • an electromotive drive unit for motor vehicle applications is shown. With the aid of the electromotive drive unit, an actuating element 1 shown in FIG. 1 is moved in the linear direction shown there by a double arrow.
  • the electromotive drive unit around a locking unit or a locking actuator for an electric charging device of a motor vehicle.
  • the locking unit or the locking actuator is coupled to a charging module of the electrical charging device.
  • the charging module has the charging socket on the vehicle side, into which a charging plug on the charging column engages and is releasably locked with the aid of the actuating element 1 or locking element 1 .
  • the corresponding topological arrangement is presented by way of example in the previously described DE 10 2018 114 205 A1 of the applicant, to which express reference is made.
  • the electromotive drive unit has an electric motor 2 and a downstream gear 3, 4.
  • the downstream gear 3, 4 has a gear part 4, with the help of which a control element 5 is set in rotation, which is used to act on a Sensor 6 is used.
  • the transmission 3, 4 works on the movable actuating element 1.
  • a spring 7 is interposed between the control element 5 and the sensor 6, which will be considered in more detail below.
  • the transmission part 4 is equipped with an eccentric 8, which engages in a U-shaped recess 9 of the actuating element 1, as can be seen from the enlarged detail view in FIG. In this way, rotary movements of the transmission part 4 are converted into the linear adjustment movements of the adjustment element 1 or locking element.
  • the electric motor 2 has an output worm on its output shaft, which in turn meshes with a ring gear of the transmission part 3 .
  • the transmission part 3 is equipped with a worm on the output side, which in turn engages in a toothing of the further transmission part 4 and in this way causes it to rotate. Since the gear part 4 is coupled to the control element 5 in a torque-proof manner, the rotary movements of the gear part 4 are also transmitted to the control element 5 . The rotary movements of the control element 5 are now queried using the sensor 6. As a result of this, the sensor signals emitted by the sensor 6 and transmitted to a control unit (not shown) correspond to actuating movements of the actuating element 1 or the locking element.
  • the previously mentioned spring 7 is used in detail to act on the sensor 6, as can be understood from FIG.
  • the spring 7 is interposed between the control element 5 and the sensor 6 .
  • the spring 7 is located between a control contour 10a on a control disc 10 on the one hand and the sensor 6 on the other.
  • the control disk 10 is also rotated as a result of the rotation of the control element 5, specifically about an axis A indicated in FIG.
  • the spring 7 is an exemplary embodiment of a leaf spring 7 which is oriented with its narrow side S along the axial direction A defined by the axis A.
  • the associated broad side B of the leaf spring 7 has an orientation that can be understood with reference to FIG.
  • the leaf spring 7 can be made of a metal strip, a plastic strip or combinations.
  • the control element 5 is coupled to the transmission part 4 or an associated drive pin 11 in a rotationally fixed but axially movable manner.
  • the axial mobility results from the fact that the control element 5 is fitted with a receptacle or rotary receptacle 12 onto the drive pin 11 of the transmission part 4 and an anti-rotation lock 13 engaging in a receptacle also ensures the non-rotatable coupling.
  • the anti-rotation device is a pin 13 which engages in the receptacle and couples the control element 5 to the transmission part 4 in a rotationally fixed manner. At the same time, however, movements in the axial direction A are permitted, namely of the control element 5 in relation to the gear part 4.
  • the spring or leaf spring 7 now ensures that the control element 5 is prestressed in the said axial direction A with the aid of the leaf spring 7, namely in the direction of a stop 14 for the control disk 10 of the control disk 10 perform movements in the axial direction A, however, the control disk 10 and thus the control element 5 will come into contact with the stop 14 is held so that the sensor 6 is decoupled from such movements in the axial direction A.
  • the leaf spring 7 is connected to a housing 15 at one end 7b.
  • the housing 15 is a plastic housing which is set up and suitable for mounting the electric motor 2 and the transmission parts 3 , 4 and the control element 5 and also for accommodating the sensor 6 .
  • the other end 7c of the leaf spring 7 has an end stop or is designed as an end stop 7c.
  • the end stop 7c is supported on a stop 16 of the housing 15.
  • the leaf spring 7 is also equipped with a stiffened area 7d, which is used to act on a switching cam of the sensor 6 designed as a switch or microswitch.
  • This stiffened area 7d is characterized in that the leaf spring 7 is L-shaped or U-shaped in cross-section in the area.
  • the leaf spring 7 is also equipped with an elastic area 7e.
  • This elastic area 7e can change its shape in the manner of an accordion and has a wavy design for this purpose, in that the leaf spring 7 is curved in waves at this point. These waves and consequently the elastic area 7e come into play when the control element 5 is acted upon beyond the area defined by the end stop 7c in connection with the stop 16, in order to avoid any damage to the sensor 6.

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  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
  • Lock And Its Accessories (AREA)

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine elektromotorische Antriebseinheit für kraftfahrzeug-technische Anwendungen, insbesondere eine Verriegelungseinheit für eine elektrische Ladevorrichtung eines Kraftfahrzeuges. Die Antriebseinheit verfügt über einen Elektromotor (2) sowie gegebenenfalls ein nachgeschaltetes Getriebe (3, 4). Ferner ist ein verfahrbares Stellelement (7) und darüber hinaus ein Steuerelement (5) sowie wenigstens eine Feder (7) zur Beaufschlagung eines Sensors (6) realisiert. Erfindungsgemäß ist die Feder (7) als zwischen einer Steuerkontur (10a) des Steuerelementes (5) und dem Sensor (6) angeordnete Blattfeder (7) ausgebildet, welche mit einer Rampe (7a) an der Steuerkontur (10a) zur Beaufschlagung des Sensors (6) entlanggleitet.

Description

Beschreibung
Elektromotorische Antriebseinheit für kraftfahrzeug-technische Anwendungen
Die Erfindung betrifft eine elektromotorische Antriebseinheit für kraftfahrzeugtechnische Anwendungen, insbesondere eine Verriegelungseinheit für eine elektrische Ladevorrichtung eines Kraftfahrzeuges, vorzugsweise eines Elektrooder Hybrid-Kraftfahrzeuges, mit einem Elektromotor sowie gegebenenfalls nachgeschaltetem Getriebe, ferner mit einem verfahrbaren Stellelement, und mit einem Steuerelement sowie wenigstens einer Feder zur Beaufschlagung eines Sensors.
Akkumulatoren von Elektro- oder Hybrid-Kraftfahrzeugen müssen regelmäßig mit elektrischer Energie versorgt werden. Das geschieht meistens 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 Gesundheitsgefährdungen zu vermeiden, da an dieser Stelle im Allgemeinen mit Hochspannung gearbeitet wird. Außerdem stellt die Verriegelung sicher, dass ausschließlich zuvor identifizierte Benutzer die von der Ladesäule zur Verfügung gestellte Energie auch rechtmäßig beziehen und Missbrauch verhindert wird. Zu diesem Zweck findet meistens vor einem solchen Ladevorgang eine Identifizierung des Bedieners und eine Berechtigungsprüfung mithilfe eines Identifikationssignals statt, wie dies grundsätzlich in der WO 2010/149426 A1 beschrieben wird.
Details einer in diesem Zusammenhang als Verriegelungseinheit ausgebildeten elektromotorischen Antriebseinheit i. V. m. der zugehörigen elektrischen Ladevorrichtung werden beispielhaft in der DE 10 2018 1 14 205 A1 der Anmelderin beschrieben. Typischerweise wird die Antriebseinheit bzw. Verriegelungseinheit modular mit einem Lademodul gekoppelt. Das Lademodul verfügt seinerseits über eine Ladesteckdose, die mit dem Ladestecker der Ladeinfrastruktur lösbar gekoppelt wird. Hierfür sorgt das mithilfe der Verriegelungseinheit in der Regel linear bewegbare Stellelement bzw. Riegelelement. Grundsätzlich sind natürlich auch andere Anwendungsgebiete einer solchen elektromotorischen Antriebseinheit denkbar. So kann beispielsweise das linear verfahrbare Stellelement auch als Ausstellelement für eine Kraftfahrzeug-Tür genutzt werden. Auch ist es denkbar, eine solche elektromotorische Antriebseinheit zur Verriegelung einer Tankklappe oder anderer Klappen einzusetzen. In der Regel werden jedoch derartige elektromotorische Antriebseinheiten als Verriegelungseinheit bzw. Verriegelungsaktuator i. V. m. elektrischen Ladevorrichtungen genutzt, wie sie in der zuvor bereits beschriebenen und in Bezug genommenen DE 10 2018 114 205 A1 im Detail beschrieben werden.
Eine gattungsgemäße elektromotorische Antriebseinheit ist durch die CN 202695855 U bekannt geworden. An dieser Stelle ist eine Steuerscheibe vorgesehen, die offensichtlich mit einer dortigen Feder vorgespannt wird. Mithilfe der Steuerscheibe wird ein Sensor bzw. Schalter beaufschlagt, um die zugehörige Position des Stellelementes abfragen zu können.
Durch die DE 10 2009 039 652 A1 sind andere Federanordnungen bekannt geworden, die i. V. m. einem Steuernocken zur Beaufschlagung eines Schalters dienen. Ähnliches zeigt auch die DE 10 2013 008 550 A1. Tatsächlich wird an dieser Stelle bereits mit einer einen Mikroschalter beaufschlagenden Rampe gearbeitet.
Der Stand der Technik hat sich grundsätzlich bewährt. Allerdings gibt es bei der Beaufschlagung des Sensors mithilfe des Steuerelementes in der Praxis oftmals Probleme dergestalt, dass das erzeugte Sensorsignal die nötige Genauigkeit und Auflösung vermissen lässt. Tatsächlich sind beide Voraussetzungen von besonderer Bedeutung, um über den durch das Steuerelement beaufschlagten Sensor Rückschlüsse auf die Verfahrbewegung des Stellelementes präzise ziehen zu können. Hierbei geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, dass über die Position des Stellelementes respektive Riegelelementes zweifelsfrei festgestellt werden muss, ob der Ladestecker einwandfrei in der Ladesteckdose verriegelt ist. Nur dann wird der Ladevorgang gestartet und können etwaige Gesundheitsgefährdungen durch die an dieser Stelle beobachtete Hochspannung zuverlässig ausgeschlossen werden. Bisher wird dabei insgesamt so vorgegangen, dass im Rahmen der gattungsbildenden Lehre nach der CN 202695855 U der Sensor respektive Schalter in axialer Richtung beaufschlagt wird. Allerdings können aus der Beaufschlagung des Sensors respektive Schalters Kippbewegungen des Schalters selbst oder eines zugehörigen Schaltnockens resultieren. Insbesondere solche Kippbewegungen beeinflussen die Genauigkeit des Sensorsignales negativ. Hinzu kommt, dass durch die Beaufschlagung mit der Steuerkontur auf den Schalter respektive Sensor ausgeübte Kräfte auch so groß sind oder sein können, dass hieraus dauerhafte Beschädigungen des Schalters resultieren.
Aus diesem Grund liegt der Erfindung das technische Problem zugrunde, eine derartige Antriebseinheit so weiterzuentwickeln, dass ein beschädigungsfreier Betrieb hoher Auflösung gewährleistet ist.
Zur Lösung dieser technischen Problemstellung schlägt die Erfindung bei einer gattungsgemäßen elektromotorischen Antriebseinheit für kraftfahrzeug-technische Anwendungen vor, dass die Feder zur Beaufschlagung des Sensors als zwischen einer Steuerkontur des Steuerelementes und dem Sensor angeordnete Blattfeder ausgebildet ist, welche mit einer Rampe an der besagten Steuerkontur zur Beaufschlagung des Sensors entlanggleitet.
Erfindungsgemäß erfährt die Feder zur Beaufschlagung des Sensors also zunächst einmal eine spezielle Positionierung, nämlich zwischen der Steuerkontur des Steuerelementes einerseits und dem Sensor andererseits. Als Folge hiervon werden Bewegungen der Steuerkontur, welche mithilfe des Sensors abgetastet werden sollen, nicht direkt auf den Sensor übertragen, sondern mithilfe der zwischengeschalteten Blattfeder. Auf diese Weise kommt es zunächst einmal zu einer mechanischen Entkopplung zwischen der Steuerkontur des Steuerelementes zum einen und dem Sensor zum anderen, sodass durch die zwischengeschaltete Blattfeder etwaige Belastungsspitzen, Kippbewegungen etc. prinzipbedingt von dem Sensor respektive einem meistens an dieser Stelle eingesetzten Schalter bzw. Mikroschalter ferngehalten werden.
Darüber hinaus kommt als Feder vorteilhaft eine Blattfeder zum Einsatz, also eine aus einem Metallstreifen geformte Feder, wobei der Metallstreifen eine Schmalseite und eine Breitseite aufweist. Grundsätzlich kann die fragliche Blattfeder natürlich auch aus einem anderen Federmaterial hergestellt werden, beispielsweise aus Kunststoff. Ebenso sind Mischformen im Sinne von Metall/Kunststoff denkbar.
Erfindungsgemäß ist nun die Blattfeder mit der Rampe ausgerüstet, die an der Steuerkontur des Steuerelementes zur Beaufschlagung des Sensors entlang gleitet. Die Rampe sorgt in diesem Zusammenhang zusätzlich dafür, dass etwaige mechanische Belastungsspitzen in Bezug auf den zu beaufschlagenden Sensor gedämpft werden. Wie bereits erläutert, handelt es sich bei dem Sensor typischerweise um einen Schalter und insbesondere Mikroschalter, der mit seinem Schaltnocken in der Regel an der fraglichen Blattfeder erfindungsgemäß anliegt. D. h., die Blattfeder arbeitet auf den Schaltnocken, welcher seinerseits den Schalter betätigt bzw. einen Bestandteil des Schalters darstellt. Durch die erfindungsgemäß erreichte Auslegung und die Zwischenschaltung der Blattfeder werden nun etwaige Belastungsspitzen am Schaltnocken und/oder Kippbewegungen zuverlässig vermieden.
Dabei wird regelmäßig so vorgegangen, dass die Blattfeder mit ihrer Schmalseite entlang der Axialrichtung ausgerichtet ist, in welcher erfindungsgemäß Sensorsignale mithilfe des Sensors respektive Schalters gemessen werden. Dazu verfügt die Steuerkontur in der besagten Axialrichtung über eine unterschiedliche axiale Ausdehnung, welche von der Rampe der Blattfeder abgetastet und an den Schaltnocken des Schalters im Beispielfall übertragen wird. Die Axialrichtung wird dabei von der Längsausdehnung des Steuerelementes vorgegeben.
Darüber hinaus ist die Breitseite der Blattfeder überwiegend ebenengleich zu einer von einer Steuerscheibe als Bestandteil des Steuerelementes aufgespannten Ebene ausgerichtet. Tatsächlich stellt die Steuerscheibe vorteilhaft einen Bestandteil des Steuerelementes dar und ist mit der Steuerkontur ausgerüstet.
Das Steuerelement wird nun mithilfe des Elektromotors sowie gegebenenfalls des nachgeschalteten Getriebes in Drehungen versetzt. Diese Drehungen korrespondieren dazu, dass das Steuerelement mit seiner Steuerscheibe an der Rampe der Blattfeder entlanggleitet. Da die Steuerscheibe die Steuerkontur aufweist und die Steuerkontur ihrerseits Bereiche unterschiedlicher axialer Ausdehnung besitzt, wird die Rampe der Blattfeder in Anlage an der Steuerkontur von dieser mehr oder minder stark ausgelenkt. Die Auslenkungen der Rampe der Blattfeder werden dann seinerseits auf den Sensor übertragen, dienen konkret zur Beaufschlagung des Schaltnockens und damit des Schalters im Beispielfall.
D. h., die Drehbewegung des Elektromotors respektive des nachgeschalteten Getriebes wird mithilfe des Steuerelementes in eine Axialbewegung der Blattfeder bzw. ihrer an der Steuerkontur entlang gleitenden Rampe umgesetzt. Diese Axialbewegung wird auf den Sensor übertragen und resultiert in Sensorsignalen, die typischerweise mithilfe einer an den Sensor angeschlossenen Steuereinheit ausgewertet werden können. Da der Elektromotor mit gegebenenfalls nachgeschaltetem Getriebe nicht nur das Steuerelement in Rotationen versetzt, sondern auch auf das verfahrbare Stellelement arbeitet, kann aus den Sensorsignalen auf die Bewegung des Stellelementes wunschgemäß rückgeschlossen werden. D. h., der Sensor dient im Endeffekt zur Erfassung der Verfahrbewegung des Stellelementes.
Dazu verfügt das Stellelement in der Regel über eine U-förmige Aufnahme, in welche ein Exzenter eines Getriebeteils eingreift. Selbstverständlich ist ein solches Getriebe grundsätzlich entbehrlich, wenngleich in der Regel vorgesehen und realisiert. Dadurch, dass der Exzenter am Getriebeteil in die U- förmige Aufnahme des Stellelementes eingreift, werden Drehbewegungen des zugehörigen Getriebeteils in entsprechende Linearbewegungen des Stellelementes umgesetzt. Sofern an dieser Stelle die elektromotorische Antriebseinheit als Verriegelungseinheit ausgebildet ist, korrespondieren hierzu entsprechende Linearbewegungen des Riegelelementes bzw. Stellelementes.
Nach weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist das Steuerelement mithilfe der Blattfeder in der Axialrichtung vorgespannt. D. h., das Steuerelement wird mithilfe der Blattfeder in Richtung auf einen Anschlag in einem Gehäuse vorgespannt. Dadurch lassen sich mithilfe der zwischen dem Steuerelement und dem Sensor zwischengeschalteten Blattfeder etwaige Axialbewegungen des Steuerelementes problemlos ausgleichen. Solche Axialbewegungen des Steuerele- mentes treten unter Umständen dann auf, wenn es zu Richtungswechseln des Elektromotors und folglich des nachgeschalteten Getriebes kommt.
Um dies im Detail umzusetzen und zu realisieren, ist das Steuerelement meistens auf einem Antriebszapfen drehfest und axial verschiebbar gelagert. Dieser Antriebszapfen kann einem Bestandteil eines Getriebeteils darstellen. Außerdem ist hierdurch meistens die Auslegung so getroffen, dass das Steuerelement nicht nur drehfest auf dem fraglichen Antriebszapfen gelagert ist, sondern auch über eine axiale Verschiebbarkeit gegenüber dem Antriebszapfen verfügt. Dadurch kann das Steuerelement etwaige Axialbewegungen des Antriebes respektive des Getriebeteiles beispielsweise aufgrund der zuvor bereits angesprochenen Richtungsumkehr ausgleichen.
Um die axial bewegliche und zugleich drehfeste Kopplung zwischen dem Steuerelement und dem Antriebszapfen respektive dem den Antriebszapfen aufweisenden Getriebeteil im Detail umzusetzen, verfügt das Steuerelement meistens über eine in eine Aufnahme eingreifende Drehsicherung. Diese Aufnahme findet sich im beschriebenen Beispielfall im oder am Getriebeteil. Bei der Drehsicherung mag es sich um einen in die Aufnahme eingreifenden und an die Größe der Aufnahme angepassten Zapfen handeln. Jedenfalls wird hierdurch eine zugleich axial bewegliche und drehfeste Kopplung zwischen dem Steuerelement und dem zugehörigen Getriebeteil zur Verfügung gestellt.
Die streifenförmige Blattfeder ist in der Regel mit ihrem einen Ende an das zuvor bereits angesprochene Gehäuse angeschlossen. Bei dem Gehäuse handelt es sich typischerweise um ein Kunststoffgehäuse, welches die gesamte elektromotorische Antriebseinheit in seinem Innern aufnimmt und einhaust. Das andere Ende der Blattfeder ist dagegen mit einem Endanschlag ausgerüstet. Der Endanschlag kann mit einem Anschlag am Gehäuse zur Wegbegrenzung wechselwirken. D. h., sobald das Steuerelement respektive seine Steuerscheibe einen bestimmten Verfahrweg absolviert hat, fährt die Blattfeder mit ihrem Endanschlag gegen den Anschlag. Dadurch kommt es zur Wegbegrenzung und werden etwaige Überdehnungen des Schaltnockens beispielhaft vermieden. Grundsätzlich wird hierdurch auch eine Beschädigung des Sensors erfindungsgemäß verhindert. Die Blattfeder verfügt darüber hinaus und vorteilhaft über einen versteiften Bereich zur Wechselwirkung mit dem Sensor. Der versteifte Bereich wird dabei konkret so umgesetzt, dass er im Querschnitt L- oder U-förmig ausgebildet ist. Selbstverständlich sind auch Kombinationen denkbar. D. h., die Blattfeder ist in dem fraglichen versteiften Bereich verbreitert bzw. mit zusätzlichen Ansätzen ausgerüstet, um die angesprochene L- oder U-Form im Querschnitt zur Verfügung stellen zu können und dadurch den versteiften Bereich zu definieren. Ansonsten verfügt die Blattfeder durchgängig über ihren gleichbleibenden streifenartigen Charakter.
Schließlich kann die Blattfeder noch mit einem in der Axialrichtung die Form verändernden elastischen Bereich ausgerüstet werden. Dabei ist der elastische Bereich so ausgebildet, dass er seine Form ziehharmonikaartig verändert. Dadurch wird die gewünschte Formelastizität zur Verfügung gestellt, also eine - wenn man so will - makroskopische Elastizität im Vergleich zur dem Material für die Blattfeder ohnehin inhärenten mikroskopischen Elastizität. Der die Form ziehharmonikaartig verändernde Bereich der Blattfeder kann dabei im Detail so ausgelegt und umgesetzt werden, dass die Blattfeder in der Axialrichtung wellenförmig verformt ist.
Im Ergebnis wird eine elektromotorische Antriebseinheit für kraftfahrzeugtechnische Anwendungen beschrieben und zur Verfügung gestellt, die sich insbesondere als Verriegelungseinheit für eine elektrische Ladevorrichtung eines Kraftfahrzeuges bewährt. Dazu verfügt die elektromotorische Antriebseinheit über ein linear verfahrbares Stellelement respektive Riegelelement. Die Position dieses Stellelementes respektive Riegelelementes wird mithilfe eines Sensors abgefragt. Um die Genauigkeit der erzeugten Sensorsignale zu steigern und etwaige Beschädigungen des Sensors auch auf langen Zeitskalen zu vermeiden, ist erfindungsgemäß zunächst einmal ein mithilfe der elektromotorischen Antriebseinheit in Drehungen versetztes Steuerelement vorgesehen, welches unter Zwischenschaltung einer Blattfeder auf den Sensor arbeitet. Die zwischengeschaltete Blattfeder hält von dem Sensor mechanische Belastungsspitzen fern und auch etwaige auf den Sensor übertragene Kippbewegungen, die sich aufgrund von Bewegungen des Antriebes als solchen oder durch wechselnde Reibungsverhältnisse erklären mögen. Zu diesem Zweck ist die Blattfeder speziell geformt, verfügt einerseits über einen Endanschlag zur Wegbegrenzung und andererseits einen versteiften Bereich, um den Sensor und hier speziell einen Schaltnocken einwandfrei betätigen zu können. Ein zusätzlich vorgesehener elastischer Bereich stellt sicher, dass eine Beaufschlagung des Sensors über seinen gleichsam internen Endanschlag hinaus nicht möglich ist und durch eine Verformung des elastischen Bereiches gleichsam aufgefangen wird. Dadurch werden zuverlässig Beschädigungen des Sensors auch auf langen Zeitskalen verhindert.
Zugleich sorgt die Blattfeder dafür, dass das Steuerelement zwar drehfest mit dem Antrieb gekoppelt ist, allerdings Bewegungen in der Axialrichtung bewusst zugelassen werden. Dadurch kann der Antrieb etwaige Axialbewegungen bei beispielsweise einer Richtungsumkehr nicht auf den Sensor übertragen, welcher demzufolge im Betrieb optimal vor Beschädigungen geschützt wird, gleichwohl ein besonders genaues und zuverlässiges Sensorsignal liefert. 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 elektromotorische Antriebseinheit in einer perspektivischen Übersicht,
Fig. 2 den Gegenstand nach der Fig. 1 in einer Detailansicht im Bereich des Steuerelementes inklusive Sensor und Blattfeder,
Fig. 3 den Gegenstand nach der Fig. 2 in eine Ansicht von oben und
Fig. 4A, 4B die Betätigung des Sensors durch die zwischengeschaltete Blattfeder im Detail.
In den Figuren ist eine elektromotorische Antriebseinheit für kraftfahrzeugtechnische Anwendungen dargestellt. Mithilfe der elektromotorischen Antriebseinheit wird ein in der Fig. 1 dargestelltes Stellelement 1 in der dort durch einen Doppelpfeil dargestellten linearen Richtung bewegt. Im Ausführungsbeispiel und nicht einschränkend handelt es sich bei der elektromotorischen Antriebs- einheit um eine Verriegelungseinheit bzw. einen Verriegelungsaktuator für eine elektrische Ladevorrichtung eines Kraftfahrzeuges. Die Verriegelungseinheit bzw. der Verriegelungsaktuator wird zu diesem Zweck mit einem Lademodul der elektrischen Ladevorrichtung gekoppelt. Das Lademodul verfügt dazu über die kraftfahrzeugseitige Ladesteckdose, in welche ein ladesäulenseitiger Ladestecker eingreift und mithilfe des Stellelementes 1 respektive Riegelelementes 1 lösbar verriegelt wird. Die hierzu korrespondierende topologische Anordnung wird beispielhaft in der zuvor bereits beschriebenen DE 10 2018 114 205 A1 der Anmelderin vorgestellt, auf die ausdrücklich verwiesen sei.
Die elektromotorische Antriebseinheit nach der Erfindung verfügt in ihrem grundsätzlichen Aufbau über einen Elektromotor 2 sowie ein nachgeschaltetes Getriebe 3, 4. Das nachgeschaltete Getriebe 3, 4 verfügt über ein Getriebeteil 4, mit dessen Hilfe ein Steuerelement 5 in Rotationen versetzt wird, welches zur Beaufschlagung eines Sensors 6 dient. Zusätzlich arbeitet das Getriebe 3, 4 auf das verfahrbare Stellelement 1. Insbesondere anhand der Figuren 2 und 3 erkennt man, dass zwischen dem Steuerelement 5 und dem Sensor 6 eine Feder 7 zwischengeschaltet ist, die nachfolgend noch näher betrachtet wird.
Das Getriebeteil 4 ist mit einem Exzenter 8 ausgerüstet, der in eine U-förmige Ausnehmung 9 des Stellelementes 1 eingreift, wie man anhand der vergrößerten Detaildarstellung in der Fig. 1 erkennen kann. Auf diese Weise werden Drehbewegungen des Getriebeteils 4 in die linearen Stellbewegungen des Stellelementes 1 respektive Riegelelementes umgesetzt.
Dazu verfügt der Elektromotor 2 auf seiner Abtriebswelle über eine Abtriebsschnecke, die ihrerseits mit einem Zahnkranz des Getriebeteils 3 kämmt. Das Getriebeteil 3 ist ausgangsseitig mit einer Schnecke ausgerüstet, die ihrerseits in eine Verzahnung des weiteren Getriebeteils 4 eingreift und dieses auf diese Weise in Rotation versetzt. Da das Getriebeteil 4 drehfest mit dem Steuerelement 5 gekoppelt ist, werden die Drehbewegungen des Getriebeteils 4 auch auf das Steuerelement 5 übertragen. Die Drehbewegungen des Steuerelementes 5 werden nun mithilfe des Sensors 6 abgefragt. Als Folge hiervon korrespondieren die vom Sensor 6 abgegebenen und an eine nicht dargestellte Steuereinheit übermittelten Sensorsignale zu Stellbewegungen des Stellelementes 1 respektive des Riegelelementes. Die zuvor bereits angesprochene Feder 7 dient im Detail zur Beaufschlagung des Sensors 6, wie man anhand der Fig. 2 nachvollziehen kann. Dazu ist die Feder 7 zwischen dem Steuerelement 5 und dem Sensor 6 zwischengeschaltet. Tatsächlich findet sich die Feder 7 zwischen einer Steuerkontur 10a an einer Steuerscheibe 10 einerseits und dem Sensor 6 andererseits. Die Steuerscheibe 10 wird infolge der Rotation des Steuerelementes 5 ebenfalls in Rotationen versetzt, und zwar um eine in der Fig. 2 angedeutete Achse A. Als Folge hiervon gleitet die Feder 7 mit einer Rampe 7a an der Steuerkontur 10a der Steuerscheibe 10 entlang. Bei der Feder 7 handelt es sich um Ausführungsbeispiel um eine Blattfeder 7, die mit ihrer Schmalseite S entlang der durch die Achse A definierten Axialrichtung A orientiert ist. Demgegenüber verfügt die zugehörige Breitseite B der Blattfeder 7 über eine anhand der Fig. 3 nachvollziehbare Orientierung, die im Wesentlichen ebenengleich zu der Steuerscheibe 10 verläuft bzw. der durch die Steuerscheibe 10 aufgespannten Ebene. Die Blattfeder 7 kann dabei aus einem Metallstreifen, einem Kunststoffstreifen oder auch Kombinationen hergestellt sein.
Das Steuerelement 5 ist drehfest, allerdings axial beweglich mit dem Getriebeteil 4 bzw. einem zugehörigen Antriebszapfen 11 gekoppelt. Die axiale Beweglichkeit ergibt sich dadurch, dass das Steuerelement 5 mit einer Aufnahme bzw. Drehaufnahme 12 auf den Antriebszapfen 11 des Getriebeteils 4 aufgesteckt ist und zusätzlich eine in eine Aufnahme eingreifende Drehsicherung 13 für die drehfeste Kopplung sorgt. Bei der Drehsicherung handelt es sich um einen Zapfen 13, welcher in die Aufnahme eingreift und das Steuerelement 5 drehfest mit dem Getriebeteil 4 koppelt. Zugleich werden allerdings Bewegungen in der Axialrichtung A zugelassen, und zwar des Steuerelementes 5 gegenüber dem Getriebeteil 4.
Die Feder bzw. Blattfeder 7 sorgt nun dafür, dass das Steuerelement 5 mithilfe der Blattfeder 7 in der besagten Axialrichtung A vorgespannt ist, und zwar in Richtung auf einen Anschlag 14 für die Steuerscheibe 10. Dadurch kann das Getriebeelement 4 gegenüber dem Steuerelement 5 und folglich der Steuerscheibe 10 Bewegungen in der Axialrichtung A vollführen, wird jedoch die Steuerscheibe 10 und damit das Steuerelement 5 in Anlage an dem Anschlag 14 gehalten, sodass der Sensor 6 von derartigen Bewegungen in der Axialrichtung A entkoppelt ist.
Die Blattfeder 7 ist mit ihrem einen Ende 7b an ein Gehäuse 15 angeschlossen. Bei dem Gehäuse 15 handelt es sich um ein Kunststoffgehäuse, welches zur Lagerung des Elektromotors 2 und der Getriebeteile 3, 4 sowie des Steuerelementes 5 und auch zur Aufnahme des Sensors 6 eingerichtet und geeignet ist. Demgegenüber weist das andere Ende 7c der Blattfeder 7 einen Endanschlag auf bzw. ist als Endanschlag 7c ausgebildet. Tatsächlich stützt sich der Endanschlag 7c an einem Anschlag 16 des Gehäuses 15 ab. Als Folge hiervon sorgt die Blattfeder 7 erfindungsgemäß dafür, dass das Steuerelement 5 abgebremst bzw. gestoppt wird, sobald ein maximaler Weg des Steuerelementes 5 absolviert ist. Folgerichtig stellt der Endanschlag 7c sicher, dass i. V. m. dem Anschlag 16 eine Wegbegrenzung des Steuerelementes 5 erreicht und umgesetzt wird.
Die Blattfeder 7 ist darüber hinaus mit einem versteiften Bereich 7d ausgerüstet, welcher zur Beaufschlagung eines Schaltnockens des als Schalter bzw. Mikroschalter ausgebildeten Sensors 6 dient. Dieser versteifte Bereich 7d zeichnet sich dadurch aus, dass die Blattfeder 7 im Querschnitt im Bereich L- oder U-förmig ausgebildet ist. Außerdem ist die Blattfeder 7 noch mit einem elastischen Bereich 7e ausgerüstet. Dieser elastische Bereich 7e kann seine Form ziehharmonikaartig verändern und verfügt dazu über eine wellenförmige Gestaltung, indem die Blattfeder 7 an dieser Stelle jeweils in Wellen gekrümmt ist. Diese Wellen und folglich der elastische Bereich 7e kommt dann zum Tragen, wenn das Steuerelement 5 über den durch den Endanschlag 7c in Verbindung mit dem Anschlag 16 definierten Bereich hinaus beaufschlagt wird, um etwaige Beschädigungen des Sensors 6 zu vermeiden. Bezugszeichenliste:
1 Stellelement, Riegelelement
2 Elektromotor
3, 4 Getriebe
5 Steuerelement
6 Sensor
7 Feder bzw. Blattfeder
7a Rampe
7b Ende der Blattfeder
7c Endanschlag
7d versteifter Bereich
7e elastischer Bereich
8 Exzenter
9 U-förmige Ausnehmung
10 Steuerscheibe
10a Steuerkontur
11 Antriebszapfen
12 Aufnahme bzw. Drehaufnahme
13 Drehsicherung, Zapfen
14 Anschlag
15 Gehäuse
16 Anschlag
S Schmalseite
A Achse, Axialrichtung
B Breitseite

Claims

Patentansprüche
1. Elektromotorische Antriebseinheit für kraftfahrzeug-technische Anwendungen, insbesondere Verriegelungseinheit für eine elektrische Ladevorrichtung eines Kraftfahrzeugs, vorzugsweise eines Elektro- oder Hybrid-Kraftfahrzeuges, mit einem Elektromotor (2) sowie gegebenenfalls nachgeschaltetem Getriebe (3, 4), ferner mit einem verfahrbaren Stellelement (1 ), und mit einem Steuerelement (5) sowie wenigstens einer Feder (7) zur Beaufschlagung eines Sensors (6), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Feder (7) als zwischen einer Steuerkontur (10a) des Steuerelementes (5) und dem Sensor (6) angeordnete Blattfeder (7) ausgebildet ist, welche mit einer Rampe (7a) an der Steuerkontur (10a) zur Beaufschlagung des Sensors (6) entlang gleitet.
2. Antriebseinheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerelement (5) mithilfe der Blattfeder (7) in Axialrichtung (A) vorgespannt ist.
3. Antriebseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerelement (5) auf einen Antriebszapfen (11 ) drehfest sowie axial verschiebbar gelagert ist.
4. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerelement (5) einen in eine Aufnahme des Antriebszapfens (11 ) eingreifende Drehsicherung (13) aufweist.
5. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Blattfeder (7) mit ihrem einen Ende (7b) an ein Gehäuse (15) angeschlossen ist.
6. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Blattfeder (7) an ihrem anderen Ende (7c) einen Endanschlag (7c) aufweist, der mit einem Anschlag (16) am Gehäuse (15) zur Wegbegrenzung wechselwirkt.
7. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Blattfeder (7) einen versteiften Bereich (7d) zur Wechselwirkung mit dem Sensor (6) aufweist.
8. Antriebseinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der versteifte Bereich (7d) im Querschnitt L- oder U-förmig ausgebildet ist.
9. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Blattfeder (7) mit ihrer Schmalseite (S) entlang zur Axialrichtung (A) und mit ihrer Breitseite (B) überwiegend ebenengleich zu einer von der Steuerscheibe (10) als Bestandteil des Steuerelementes (5) aufgespannten Ebene ausgerichtet ist.
10. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Blattfeder (7) in der Axialrichtung (A) einen die Form ziehharmonikaartig verändernden elastischen Bereich (7e) aufweist.
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