Elektromotorische Antriebseinheit für kraftfahrzeugtechnische

Anwendungen

Die Erfindung betrifft eine elektromotorische Antriebseinheit für kraftfahrzeug technische Anwendungen, insbesondere eine Verriegelungseinheit für eine elektrische Ladevorrichtung eines Kraftfahrzeuges, mit einem verfahrbaren Stellelement, insbesondere Riegelelement, welches beispielsweise dazu vorgesehen ist, einen Ladestecker in einer Ladesteckdose der elektrischen Ladevorrichtung lösbar zu verriegeln, und mit einem motorischen Antrieb mit Elektromotor zur vorzugsweise linearen Verstellung des Stellelementes, wobei wenigstens ein Lager zur Führung des Stellelementes vorgesehen ist.

Elektromotorische Antriebseinheiten für kraftfahrzeugtechnische Anwendungen sind in vielfältiger Form bekannt. So geht es unter anderem bei der gattungs bildenden DE 4225478 A1 um eine Antriebseinrichtung zum Verstellen eines in einem Spiegelgehäuse eines Kraftfahrzeug-Rückblickspiegels schwenkbar gelagerten Spiegelglasträgers. Darüber hinaus werden solche Antriebseinheiten an und in Verbindung mit Kraftfahrzeugschlossern eingesetzt. Ebenso für Sitzverstellungen, Fensterheber, Tankklappenverriegelungen, Scheinwerfer verstellungen etc., um nur einzelne exemplarische Beispiele zu nennen.

Primär geht es bei der vorliegenden Erfindung um eine Verriegelungseinheit für eine elektrische Ladevorrichtung eines Kraftfahrzeuges. Mit Hilfe der Verriegelungseinheit kann der Ladestecker gegenüber der Ladesteckdose der elektrischen Ladevorrichtung lösbar verriegelt werden, um einen elektrischen Ladevorgang eines Elektro- oder Flybridkraftfahrzeuges zu begleiten und sicherzustellen. Tatsächlich müssen Akkumulatoren von Elektro- oder Hybridkraftfahrzeugen 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 im Allgemeinen der Ladestecker der Ladesäule mit einer kraftfahrzeugseitigen Ladesteckdose gekoppelt und lösbar verriegelt. Grundsätzlich kann auch umgekehrt vorgegangen werden. Dann ist die Ladesäule mit einer Ladesteckdose ausgerüstet, wohingegen sich der Ladestecker kraftfahrzeugseitig findet.

In jedem Fall ist die Verriegelung erforderlich, um beispielsweise Gesundheits gefährdungen zu vermeiden, da an dieser Stelle im Allgemeinen mit Hoch spannung 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 mit Hilfe eines Identifikationssignals statt, wie dies grundsätzlich in der WO 2010/149426 A1 beschrieben wird.

Die Verstellung des Stellelementes und insbesondere Riegelelementes wird im Stand der T echnik 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 auf das Riegelelement. Das Riegelelement wird seinerseits in einem ringförmigen Lager aufgenommen und durch das Lager geführt und ist zu diesem Zweck Stift- oder bolzenartig ausgelegt.

Darüber hinaus sind vergleichbare Lösungen im weiteren und ebenfalls 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 bzw. Ladestecker vorgesehen, der in einer Buchse bzw. Ladesteckdose 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 Ladestecker 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.

Im Allgemeinen ist die kraftfahrzeugseitige Ladesteckdose zusammen mit dem Antrieb bzw. der elektromotorischen Antriebseinheit und insbesondere der Verriegelungseinheit für die Ladevorrichtung des Kraftfahrzeuges an oder in einer Karosserie des Kraftfahrzeuges angeordnet und montiert, meistens in einer Karosserieöffnung oder Karosserieausnehmung, die darüber hinaus mit einer zusätzlichen Klappe verschlossen sein mag. Das Stellelement bzw. Riegelelement ist in diesem Zusammenhang ebenso wie ein die elektromotorische Antriebseinheit aufnehmendes Gehäuse meistens aus Kunststoff gefertigt, schon um für eine zusätzliche elektrische Isolierung gegenüber der zumeist metallischen Karosserie des Kraftfahrzeuges sorgen zu können. Zu diesem Zweck werden das Stellelement bzw. Riegelelement und auch das Gehäuse meistens im Zuge eines Kunststoffformungsvorganges und insbesondere Kunststoffspritzgussvorganges hergestellt.

Bei der Auslegung solcher Kunststoffteile und zugehöriger Spritzgusswerkzeuge sind verschiedene in der Praxis zu beachtende Konstruktionsregeln zu berücksichtigen. Neben den allgemeinen Bestrebungen mit möglichst konstanten und geringen Wandstärken bei der Auslegung des Gehäuses zu arbeiten sowie großflächige und ebene Bereiche zu vermeiden, werden typischerweise sogenannte Entformungsschrägen eingesetzt. Solche Entformungsschrägen als Bestandteile von Spritzgusswerkzeugen sorgen dafür, bei der Entformung der genannten Kunststoffteile zwangsläufig auftretende Reibungskräfte gering zu halten. Tatsächlich kommen solche Entformungsschrägen oftmals bei Strukturen im Innern des Gehäuses zum Einsatz. Zu diesem Zweck werden im Allgemeinen entsprechende Wände des Formteils leicht abgeschrägt, wobei zugehörige Winkel meistens empirisch ermittelt werden.

Um die Kosten gering zu halten, wird beim Stand der Technik nach der CN 2020695855 U und auch in der Praxis das Lager für das Stellelement bzw. Riegelelement ebenfalls aus Kunststoff hergestellt. In Anbetracht der in diesem Zusammenhang beobachteten nicht unerheblichen Reibungszahlen "Kunststoff- Kunststoff" von ca. 0,4 bis zu 0,9 je nach eingesetztem Kunststoff (für die Gleitreibung) ist im Bereich eines solchen Lagers mit erhöhtem Verschleiß zu rechnen, wenn es nur zu einer punktuellen Anlage des Stellelementes bzw. Riegelelementes an dem fraglichen Lager kommt. Hinzu kommt, dass eine punktuelle Anlage für eine meistens beabsichtigte lineare Führung des Stellelementes bzw. Riegelelementes nachteilig ist und unter Umständen zu Funktionsbeeinträchtigungen führen kann. Hier will die Erfindung insgesamt Abhilfe schaffen. Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine derartige elektromotorische Antriebseinheit für kraftfahrzeugtechnische Anwendungen so weiterzuentwickeln, dass die Fertigung und der Verschleiß ebenso wie die dauerhafte Funktionsfähigkeit optimiert sind.

Zur Lösung dieser technischen Problemstellung schlägt die Erfindung bei einer gattungsgemäßen elektromotorischen Antriebseinheit vor, dass das Lager im Querschnitt bogenförmig mit in Betätigungsrichtung des Riegelelementes unterschiedlichen Bögen bzw. Radien ausgebildet ist.

Meistens ist das Lager im Querschnitt kreisbogenförmig ausgebildet. Außerdem verfügt das Lager im Querschnitt und in der Betätigungsrichtung des Stellelementes bzw. Riegelelementes über wenigstens zwei voneinander abweichende und unterschiedliche Radien. Die beiden bzw. die zumindest zwei Radien des im Querschnitt kreisbogenförmigen Lagers berühren sich dabei vorteilhaft im Kontaktbereich mit dem Stellelement.

Auf diese Weise wird zunächst einmal ein Lager für das im Allgemeinen linear verfahrbare Stellelement und insbesondere Riegelelement zur Verfügung gestellt, welches optimale Reibungsverhältnisse, einen verringerten Verschleiß und eine verbesserte Führung des Stellelementes bei seinem absolvierten linearen Stellweg in sich vereinigt. Denn zumindest im Kontaktbereich der beiden Radien mit dem Stellelement kann insgesamt ein an dieser Stelle eingesetztes und für die Definition des Lagers verantwortlich zeichnendes Entformungswerkzeug oder Entformungswerkzeugteil als Bestandteil eines Spritzgusswerkzeuges so bemessen und ausgelegt werden, dass in dem fraglichen Kontaktbereich keine Entformungsschräge benötigt wird.

Das heißt zunächst einmal, dass das Lager aus Kunststoff hergestellt wird bzw. als Kunststoffformteil und insbesondere Kunststoffspritzgussteil ausgelegt ist. Außerdem ist das Lager in diesem Zusammenhang regelmäßig an ein ebenfalls aus Kunststoff hergestelltes Gehäuse für die elektromotorische Antriebseinheit angeschlossen bzw. einstückig mit diesem ausgeformt. In einer bevorzugten Ausgestaltungen setzt sich das Lager aus einerseits einer an das Gehäuse angeschlossenen Lagerrippe und andererseits einer mit Hilfe der Lagerrippe abgestützten stellelementseitigen Lagerwand zusammen, welche den im Querschnitt beschriebenen und speziellen kreisbogenförmigen Charakter aufweist. Außerdem ist die Lagerwand vorteilhaft in Richtung auf das Stellelement konvex bogenförmig bzw. konvex kreisbogenförmig ausgebildet. In einer alternativen Ausgestaltung kann anstelle an einer speziellen Lagerrippe sich die Lagerwand auch an einer Gehäusewandung abgestützt werden.

Dadurch liegt das Stellelement bzw. Riegelelement im Kontaktbereich an der kreisbogenförmigen Lagerwand bzw. allgemein dem Lager an. Meistens ist darüber hinaus die Auslegung noch so getroffen, dass das Lager und das Gehäuse einstückig ausgebildet sind, also in einem gemeinsamen Kunststoffformungsvorgang und insbesondere Kunststoffspritzgussvorgang hergestellt werden. Das heißt, sowohl das Lager als auch das Gehäuse sind jeweils als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet.

Durch die spezielle erfindungsgemäße Auslegung des Lagers bzw. der in Richtung auf das Stellelement konvex kreisbogenförmig ausgebildeten Lagerwand mit den beiden unterschiedlichen Radien wird nun der spezielle erfindungsgemäße Kontaktbereich mit dem Riegelelement definiert. Denn die beiden unterschiedlichen Radien der kreisbogenförmigen Lagerwand berühren sich im fraglichen Kontaktbereich mit dem Stellelement. Dabei ist die Auslegung zusätzlich und vorteilhaft noch so getroffen, dass das fragliche Lager in Betätigungsrichtung und in Aufsicht auf das Lager sowie am Ursprung der Bewegung des Stellelementes bzw. kopfseitig einen kleineren Radius als im Verlauf der Bewegung aufweist. Grundsätzlich kann natürlich auch umgekehrt vorgegangen werden.

Auf diese Weise lässt sich ein zur Definition des erfindungsgemäß speziell ausgelegten Lagers in oder an dem Gehäuse notwendiges Entformungs- Werkzeug bzw. Entformungswerkzeugteil als Bestandteil eines Spritzguss werkzeuges so hersteilen und auslegen, dass in dem fraglichen Kontaktbereich das betreffende Entformungswerkzeug keine Entformungsschräge aufweist bzw. im Kontaktbereich die Entformungsschräge 0 ° beobachtet wird. Es ist also im Kontaktbereich eine bei der Herstellung einzuhaltende Schrägstellung der Wand bzw. der stellelementseitigen Lagerwand nicht erforderlich. Dadurch liegt das Stellelement bzw. Riegelelement über die gesamte Länge des Kontaktbereiches und praktisch über seinen gesamten linearen Stellweg gesehen an dem Kontaktbereich an, welcher insgesamt eine Kontaktlinie bzw. einen Kontaktstreifen definiert, welcher sich vom Kopf der Lagerwand bis hin zum Grund am Boden des Gehäuses erstreckt.

Da darüber hinaus am Boden der Lagerwand vorteilhaft mit dem größeren Radius im Vergleich zum kleineren Radius am Kopf der Lagerwand gearbeitet wird, verfügt die Lagerwand - bis auf den Kontaktbereich - entgegen der Betätigungsrichtung des Stellelementes über einen konisch nach oben in Richtung auf den Kopf der Lagerwand zulaufenden Charakter. Da das zur Herstellung des Lagers und folglich der Lagerwand erforderliche Entformungswerkzeug entgegen der Betätigungsrichtung des Stellelementes aus der hergestellten Form des Gehäuses nach dem Spritzgussvorgang herausgefahren wird, werden dennoch im Bereich der Lagerwand optimierte und vergleichbar geringe Reibungskräfte beobachtet, wie für den Fall, dass die Lagerwand insgesamt abgeschrägt worden wäre.

Als Folge hiervon kommt es zu einer einwandfreien Führung des Stellelementes bzw. Riegelelementes in seiner Betätigungsrichtung und auch entgegen der Betätigungsrichtung. Denn hierbei liegt das im Allgemeinen den linearen Stellweg absolvierende Stellelement über die gesamte Kontaktlinie bzw. den zuvor bereits angesprochenen und definierten Kontaktstreifen an dem betreffenden Lager an. Meistens wird in diesem Zusammenhang mit wenigstens zwei sich gegenüberliegenden Lagern gearbeitet, die zwischen sich das Stellelement aufnehmen und führen. Zugleich werden durch diese Auslegung die Reibungsverhältnisse optimiert, sodass nicht nur mit einem einwandfreien langfristigen Betrieb, sondern auch mit hoher Funktionssicherheit auf langen Zeitskalen zu rechnen ist. 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 elektromotorische Antriebseinheit in einer schematischen Draufsicht,

Fig. 2 den Gegenstand nach der Fig. 1 in einer Seitenansicht,

Fig. 3A eine Detailansicht des Gegenstandes nach der Fig. 1 ,

Fig. 3B eine schematische Aufsicht des Gegenstandes nach Fig. 3A und

Fig. 3C eine Ansicht X auf den Gegenstand nach Fig. 3A.

In den Figuren ist eine elektromotorische Antriebseinheit für kraftfahrzeug technische Anwendungen dargestellt. Konkret und nach dem Ausführungs beispiel handelt es sich um eine Verriegelungseinheit für eine elektrische Ladevorrichtung 1 , 2, 3, 4 eines nicht näher dargestellten Kraftfahrzeuges. Das Kraftfahrzeug mag als Elektro- oder Hybridkraftfahrzeug ausgebildet sein.

Die elektrische Ladevorrichtung 1 , 2, 3, 4 setzt sich aus einem Stellelement 1 in Gestalt eines Riegelelementes 1 , einem Ladestecker 2 und schließlich einer Ladesteckdose 3 zusammen. Die Ladesteckdose 3 wird zusammen mit der in einem Gehäuse 5 aufgenommenen Verriegelungseinheit kraftfahrzeugseitig montiert, beispielsweise in der zuvor bereits angesprochenen Ausnehmung der Kraftfahrzeugkarosserie. Mit Hilfe des Stellelementes bzw. Riegelelementes 1 lässt sich der säulenseitige Ladestecker 2 in der Ladesteckdose 3 lösbar verriegeln, wie dies einleitend bereits beschrieben wurde. Entsprechende Stellbewegungen des Stellelementes bzw. Riegelelementes 1 werden mit Hilfe eines Elektromotors 4 bewirkt, welcher unter Zwischenschaltung eines nicht näher spezifizierten und insbesondere in der Fig. 1 zu erkennenden Getriebes auf das Stellelement bzw. Riegelelement 1 arbeitet. Folglich definieren das Riegelelement 1 , der Ladestecker 2, die Ladesteckdose 3 und der Antrieb 4 für das Riegelelement 1 die Ladevorrichtung 1 , 2, 3, 4.

Das Riegelelement 1 wird in seiner insbesondere in der Fig. 2 durch einen Pfeil dargestellten Betätigungsrichtung B nach unten verfahren. Hierzu korrespondiert ein linearer Stellweg des Verriegelungselementes 1 . Bei diesem Vorgang lässt sich der in die Ladesteckdose 3 eingesteckte Ladestecker 2 gegenüber der Ladesteckdose 3 lösbar verriegeln. Um den Ladestecker 2 zu entriegeln, muss das Riegelelement 1 entgegen seiner Betätigungsrichtung B nach oben in der Fig. 2 mit Hilfe des Elektromotors 4 verfahren werden.

Um den zuvor bereits angesprochenen und mit der Betätigungsrichtung B des Riegelelementes 1 verbundenen linearen Stellweg des Riegelelementes 1 darstellen und realisieren zu können, verfügt das Gehäuse 5 innenseitig über mehrere Lager 6a, 6b zur Führung des Riegelelementes 1 . Auf diese Weise kann der motorische Antrieb mit dem Elektromotor 4 für die gewünschte lineare Verstellung des Riegelelementes 1 in der Betätigungsrichtung B und entgegen der Betätigungsrichtung B sorgen, wie dies in der Fig. 2 durch entsprechende Pfeile angedeutet ist.

Bei dem Gehäuse 5 handelt es sich um ein Kunststoffspritzgussteil. Auch das Lager 6a, 6b ist als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet. Das Lager 6a, 6b und das Gehäuse 5 sind einstückig ausgelegt. Außerdem wird das Gehäuse 5 zusammen mit dem Lager 6a, 6b bzw. den mehreren Lagern 6a, 6b für das Stellelement bzw. Regelelement 1 in einem Zug in einem nicht dargestellten Spritzgusswerkzeug aus thermoplastischem Kunststoff, wie beispielsweise Polyethylen (PE), Polypropylen (PP) oder Polyamid (PA) hergestellt. Anhand der vergrößerten Darstellungen eines Lagers in den Figuren 3A bis 3C erkennt man, dass das Lager 6a, 6b nach dem Ausführungsbeispiel über eine an das Gehäuse 5 angeschlossene Lagerrippe 6a einerseits und eine stellelementseitige bzw. riegelelementseitige Lagerwand 6b andererseits verfügt. Mit Hilfe der Lagerrippe 6a wird die sich gegenüber der Lagerrippe 6a größtenteils im Querschnitt senkrecht erstreckende Lagerwand 6b abgestützt. Außerdem erkennt man anhand der vergrößerten Darstellungen, dass die auf diese Weise mit Hilfe der Lagerrippe 6a abgestützte Lagerwand 6b in Richtung auf das Riegelelement 1 konvex bogenförmig und insbesondere konvex kreisbogenförmig ausgebildet ist.

Erfindungsgemäß ist nun das Lager 6a, 6b im Querschnitt nicht nur bogenförmig und insbesondere kreisbogenförmig ausgelegt. Sondern das Lager 6a, 6b verfügt auch in der Betätigungsrichtung B des Stellelementes bzw. Riegelelementes 1 über unterschiedliche Bögen bzw. Radien Ri, R2. Tatsächlich sind im Querschnitt des Lagers 6a, 6b in der Betätigungsrichtung B wenigstens zwei voneinander abweichende Radien Ri, R2 realisiert. Anhand der vergrößerten Darstellung in der Fig. 3B erkennt man, dass sich beide Radien Ri, R2 in einem Kontaktbereich 7 mit dem Riegelelement 1 berühren.

Außerdem ist die Auslegung so getroffen, dass das Lager 6a, 6b in der Betätigungsrichtung B am Ursprung der Bewegung des Riegelelementes 1 bzw. kopfseitig des Lagers 6a, 6b den kleineren Radius R2 aufweist. Demgegenüber ist fußseitig des Lagers 6a, 6b der größere Radius Ri realisiert. Man erkennt, dass die konvex kreisbogenförmig in Richtung auf das Riegelelement 1 gestaltete Lagerwand 6b auf diese Weise mit den unterschiedlichen Radien Ri, R2 ausgerüstet ist.

Dabei ist die Auslegung so getroffen, dass ein fußseitiger unterer Bereich 6bi des Lagers 6a, 6b bzw. der konvex bogenförmigen Lagerwand 6b den größeren Radius Ri aufweist. Demgegenüber ist der kopfseitige obere Bereich 6b2 des Lagers 6a, 6b bzw. der Lagerwand 6b mit dem demgegenüber kleineren Radius R2 ausgerüstet. Die zu den jeweiligen Radien Ri, R2 gehörigen Mittelpunkte treffen dabei in ihrer Verlängerung auf den Kontaktbereich 7. In dem Kontakt bereich 7 berühren sich die voneinander abweichenden Radien Ri, R2 bzw. die unterschiedlichen Bereiche 6bi, 6b2 der Lagerwand 6b, und zwar im Querschnitt und in Aufsicht, wie man in der Fig. 3B erkennt.

Auf diese Weise kann ein bei der Herstellung des betreffenden Lagers 6a, 6b notwendiges Entformungswerkzeug mit einer nicht vorhandenen Entformungsschräge im Kontaktbereich 7 ausgerüstet werden. Dadurch bildet sich im Kontaktbereich 7 in Aufsicht und über die gesamte Länge der Lagerwand 6b gesehen eine Kontaktlinie bzw. ein Kontaktstreifen zum Riegelelement 1 aus, welcher für eine flächenmäßig große Anlage zwischen dem Lager 6a, 6b und dem Riegelelement 1 sorgt. Hiermit geht eine verringerte Reibung, ein verminderter Verschleiß und eine besonders große Funktionssicherheit beim Absolvieren des linearen Stellweges einher, wie dies einleitend bereits beschrieben wurde.

Bezugszeichenliste:

1 Riegelelement / Stellelement

1 , 2, 3, 4 elektrische Ladevorrichtung 2 Ladestecker

3 Ladesteckdose

4 Elektromotor

5 Gehäuse

6a Lagerrippe

6a, 6b Lager

6b Lagerwand

6bi unterer Bereich

6b2 oberer Bereich

7 Kontaktbereich

B Betätigungsrichtung

Ri größerer Radius

Ri, R2 Radien (Bögen) R2 kleinerer Radius