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Die Erfindung betrifft eine Ladeeinrichtung zur Anordnung in einem Kraftfahrzeug. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Ladeeinrichtung, die zur Aufladung von mobilen, batterieversorgten elektronischen Geräten vorgesehen ist, insbesondere Geräten für die mobile Kommunikation.
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Die Ladeeinrichtung ist mit einem Bordnetz des Fahrzeugs zur Energieversorgung der Ladeeinrichtung und Bereitstellung von Ladeenergie an das elektronische Gerät gekoppelt.
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Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, tragbare elektronische Geräte, beispielsweise Laptops, Tablet-Computer oder Mobilfunkgeräte mit einer Stromversorgung in einem Kraftfahrzeug zu koppeln, um geräteseitige Energiespeicher aufzuladen. Üblicherweise werden dafür mehr oder weniger universelle Ladeanschlüsse verwendet, die mit einem Ladekabel für das jeweilige Gerät gekoppelt sind.
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Die Bedienung einer solchen Einrichtung ist aufwändig, da beim Einstieg in das Fahrzeug das Mobilgerät mit einem Ladestecker zu koppeln ist und beim Ausstieg wieder von der Kopplung zu trennen ist. Außerdem wird durch eine entsprechende Ladekopplung das Mobilgerät regelmäßig nicht fixiert sondern kann sich unkontrolliert durch das Fahrzeug bewegen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Ladeeinrichtung für batterieversorgte elektronische Mobilgeräte zur Verfügung zu stellen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Ladeeinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Die Ladeeinrichtung gemäß der Erfindung macht sich das im Stand der Technik bekannte Verfahren der drahtlosen Aufladung, auch als induktive Aufladung bezeichnet, zu nutze. Derartige Ladeeinrichtungen sind grundsätzlich bekannt, sie übertragen Energie mithilfe von elektromagnetischen Feldern ohne Drahtbindung auf einen entsprechenden Energiespeicher. Dazu wird eine induktive Kopplung zwischen Ladeeinrichtung und aufgeladenem Gerät hergestellt.
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Entsprechend haben die zur Aufladung geeigneten Geräte für den Einsatz mit der Erfindung eine geeignete empfängerseitige Einrichtung vorzusehen, welche die induktive Kopplung mit der Ladeeinrichtung ermöglicht. Eine solche induktive Kopplung hat den Vorteil, dass keine Herstellung einer kabelgebundenen Verbindung erforderlich ist. Die Kopplung kann per Einhandbedienung erfolgen. Außerdem sind auch keine entsprechenden Ladeöffnungen an den Geräten vorzusehen, in denen Steckkontakte einer Korrosion unterliegen können oder durch welche Umwelteinflüsse in ein Gerät eindringen können.
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Im Stand der Technik gibt es bezüglich derartiger Ladeeinrichtungen keinen übergreifenden technischen Standard, stattdessen gibt es mehrere proprietäre Ansätze. Einer der weiter verbreiteten Standards ist der sogenannte QI-Standard des Wireless Power Konsortiums bei dem nicht nur eine induktive Kopplung bereitgestellt wird, sondern auch eine Rückmeldung vom aufgeladenen Gerät an die Ladeeinrichtung übermittelt wird, um eine optimale Energieübertragung zu gewährleisten. Beispielsweise sind die Maßgaben dieses Standards mit der Erfindung einsetzbar. Welcher Standard für die induktive Kopplung und die Abwicklung des Ladevorgangs schließlich eingesetzt wird ist jedoch für die Erfindung nicht wesentlich.
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Wesentlich ist, dass erfindungsgemäß die Ladeeinrichtung eine Aufnahme aufweist, in welche das aufzuladende Gerät einschiebbar oder einlegbar ist. Diese Aufnahme ist mit einem Antrieb versehen, der die Aufnahme zwischen wenigstens zwei Stellungen verfahren kann. Eine der Stellungen ist die sogenannte Zugangsstellung, in welcher das elektronische Gerät in die Ladeeinrichtung einlegbar ist oder aus dieser entnehmbar ist. Eine zweite Stellung ist die sogenannte Ladestellung der Aufnahme, in welcher die Aufnahme in der Ladeeinrichtung verfahren wird. In der Ladestellung befindet sich dann die Aufnahme in der Nähe zu einer Ladespulenanordnung, die in der Ladeeinrichtung platziert ist. Der Antrieb kann so ausgebildet sein, dass er von jeder der Stellungen ausgehend wirken kann, die Aufnahme also sowohl von der Zugangsstellung in die Ladestellung bewegt und umgekehrt. Der Antrieb kann aber auch zur Bewegung in einer Richtung ausgebildet sein, z.B. von der Ladestellung in die Zugangsstellung. In dem letztgenannten Fall kann z.B. ein federgespannter Antrieb vorgesehen sein, wobei ein Benutzer die Aufnahme aus der Zugangsstellung in die Ladestellung drückt und später, zur Freigabe des Gerätes einen Freigabetaster betätigt, so dass die Aufnahme mittels des vorgespannten Antriebes in die Zugangsstellung zurück bewegt wird.
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Die Ladeeinrichtung selbst kann in Komponenten des Innenraums des Fahrzeugs integriert sein, beispielsweise in eine Mittelkonsole oder eine Armauflage am Fahrzeug. Beim Einstieg in das Fahrzeug ist das elektronische Gerät lediglich in die Aufnahme der Ladeeinrichtung einzulegen oder einzuschieben und die Aufnahme verfährt, beispielsweise auf Knopfdruck oder bei Erkennung des Einlegens mithilfe von Sensormitteln oder aber durch mechanische Betätigung, in die Lade-Stellung. In dieser Ladestellung wird die induktive Kopplung zwischen der Ladespulenanordnung der Ladeeinrichtung und der Empfängerspuleneinrichtung im mobilen Gerät hergestellt und der Akku des mobilen Geräts wird aufgeladen. Die Ladespulen sind entsprechend neben der Aufnahme angeordnet, so dass das elektronische Gerät sich neben den Ladespulen befindet, wenn die Aufnahme in die Ladestellung gefahren ist.
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Die Ladespulenanordnung in der Ladeeinrichtung kann ortsfest angeordnet sein, so dass die Aufnahme sich bei der Bewegung zwischen Ladestellung und Zugangsstellung gegenüber der Ladespulenanordnung bewegt und die Ladespulenanordnung sich in einer optimalen Ausrichtung zu dem mobilen Gerät nur dann befindet, wenn das mobile Gerät mit der Aufnahme in die Ladestellung verfahren ist. Es ist jedoch auch grundsätzlich möglich, die Ladespulenanordnung an der Aufnahme selbst anzuordnen, so dass diese mit der Aufnahme zwischen den Stellungen hin und her bewegt wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Aufnahme so ausgebildet, dass sie in vertikaler Richtung zwischen Zugangsstellung und Ladestellung verfahrbar ist und nach oben offen für die Aufnahme eines aufzuladenden Geräts ausgebildet ist.
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In dieser Gestaltung nimmt die Aufnahme geringen horizontalen Bauraum ein, die Aufnahme kann beispielsweise in Gestalt eines vertikal stehenden Rahmens mit einer Größe ausgebildet sein, der beispielsweise auf die Größe herkömmlicher Smartphones angepasst ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Gehäuse an der Ladeeinrichtung vorgesehen, gegenüber dem sich die Aufnahme zwischen der Zugangsstellung und der Ladestellung bewegt. Das Gehäuse schirmt einen Teil der Komponenten der Ladeeinrichtung ab und erlaubt den Zugriff auf das eingelegte Gerät nur dann, wenn die Aufnahme sich in der Zugangsstellung befindet. Beispielsweise kann die Aufnahme, ähnlich wie bei einem CD-Spieler, einen Teller aufweisen, der das Gerät in das Gehäuse zurückzieht, wenn das Gerät in die Ladestellung verfahren wird. Bei vertikaler Einrichtung wird das Mobilgerät, ähnlich wie bei einem Toaster, in einen Schacht im Gehäuse hineinverfahren, um in die Ladestellung zu gelangen.
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Vorzugsweise ist ein elektrischer Antrieb vorgesehen, um die Aufnahme zwischen der Zugangsstellung und der Ladestellung zu verfahren. Zwar ist es grundsätzlich möglich, einen mechanischen Antrieb mit beispielsweise einer Federvorspannung zu versehen, so dass das elektronische Gerät mit der Aufnahme entgegen einer Spannung in die Ladestellung gedrückt wird und zum Entfernen wieder freigegeben wird, die Verwendung eines elektrischen Antriebs ist jedoch komfortabler. Ein Elektromotor kann die Aufnahme zwischen Ladestellung und Zugangsstellung verfahren. Für die entsprechende Mechanik kann auf herkömmliche Mechaniken, beispielsweise bei CD-Spielern oder sonstigen Auswurf- und Einzugsmechanismen zurückgegriffen werden.
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Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Ladeeinrichtung außerdem über eine Schnittstelle für eine drahtlose Kommunikation ausgestattet ist. Insbesondere kann die Ladeeinrichtung über eine Schnittstelle für eine NFC-Kommunikation oder eine Bluetooth-Kommunikation verfügen. Ein eingelegtes Kommunikationsgerät oder sonstiges technischen Gerät kann dann in der Ladestellung mit weiteren Peripheriegeräten oder dem Fahrzeugsystem Informationen austauschen und steht in seiner Funktionalität weiterhin zur Verfügung, auch wenn es dem Zugriff des Benutzers unmittelbar entzogen ist. Beispielsweise kann über eine Bluetooth-Schnittstelle eine fahrzeugseitige Freisprecheinrichtung angekoppelt werden oder es sind über die Bluetooth-Schnittstelle oder NFC-Schnittstelle auf dem Gerät gespeicherte Daten an das Fahrzeug zu übergeben, wie beispielsweise Telefon- oder Adressdaten. Auf dem Mobilgerät können auch Daten zur Fahrzeugnutzung gespeichert sein, z.B. Profildaten für Fahrzeugparameter (Sitzeinstellungen, Einstellungen für die Klimaanlage, Einstellungen für Mediensysteme. Ein Benutzer kann dann durch einfaches Einlegen seines Mobilgerätes dem Fahrzeug sein Nutzerprofil mitteilen. Auch Authentifizierungsinformationen, die zum Zugang zu bestimmten Fahrzeugfunktionen berechtigen, können über diesen Weg übertragen werden. Ein eingelegtes Mobilgerät kann dann z.B. die Berechtigung zum Starten des Motors übermitteln, wenn die geräteseitig gespeicherten Informationen dem Fahrzeug die Authentifizierung erlauben.
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Um die erfindungsgemäße Ladeeinrichtung besonders universell und kompatibel zu gestalten ist es bevorzugt, wenn die Aufnahme mit bewegbaren oder verstellbaren Anlagen ausgestattet ist, welche ein eingelegtes Gerät in der Ladestellung in Richtung der Ladespulen drängen. Beispielsweise können elastische Mittel oder elastische Zungen vorgesehen sein, um verschiedene Größen von Geräten jederzeit in die Stellung mit maximaler Annäherung an den Ladespulen zu drängen. Dies kann insbesondere dann sinnvoll sein, wenn die Ladeeinrichtung eine Aufnahme aufweist, die in vertikaler Richtung orientiert ist und die Ladespulen auf einer Seite der Aufnahme angeordnet sind. Auf der gegenüberliegenden Seite der Aufnahme können dann beispielsweise elastische Mittel angeordnet werden, um eingelegte Mobilgeräte unterschiedlicher Größe an die Seite der Spulen zu drängen. Es kann ebenfalls vorgesehen sein, dass ein weiterer Antrieb vorgesehen ist, der derartige Ausrichtungsmittel gezielt ansteuert, wenn sich die Aufnahme bereits in der Ladestellung befindet. Dann kann beispielsweise ein elektrisch betriebener oder federvorgespannter Anschlag bewegt werden, um das Gerät in Annäherung zu den Ladespulen zu bringen.
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In einer besonders bevorzugten Gestaltung der Erfindung ist der elektrische Antrieb der Aufnahme in Abhängigkeit von den Daten der drahtlosen Schnittstelle oder den Daten verstellbar, die aus den Ladespulen gewonnen werden.
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Wie oben beschrieben, sehen einige Standards zum drahtlosen Laden bereits vor, dass in Abhängigkeit von einem Datenaustausch zwischen Ladespulen und Mobilgerät oder anhand von Daten der Ladeparameter (Ladestrom, Ladeleistung) eine Aufladung optimiert wird. In der Weiterbildung der Erfindung ist die Aufnahme in der Lage, in Abhängigkeit von den Daten die Aufnahme so zu bewegen, dass eine optimierte Kopplung zwischen Ladespulen und Gerät erreicht wird. Auf diese Weise können Geräte mit unterschiedlichen Abmessungen aufgeladen werden. Die erforderlichen Daten können anhand der Ladedaten oder Kopplungsparameter (z.B. Ladestrom) abgeleitet werden. Es können auch vom mobilen Gerät zurück übermittelte Daten zur Optimierung der Position herangezogen werden. Die Ladeeinrichtung fährt z.B. das Gerät bis zu einem Endanschlag in das Gehäuse ein, stellt die Ladekopplung her und fährt das Gerät mit der Aufnahme dann langsam in Richtung Zugangsstellung, bis eine maximale Kopplung erreicht ist. Dabei kann ein maximal verfügbarer Bewegungsraum vorgesehen sein.
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Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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1a zeigt eine erste Ausführungsform der Ladeeinrichtung in einer perspektivischen Ansicht;
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1b zeigt die erste Ausführungsform aus 1a in einer ersten Schnittansicht.
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1c zeigt die erste Ausführungsform aus 1a in einer zweiten Schnittansicht.
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1d zeigt die erste Ausführungsform aus 1a in einer dritten Schnittansicht.
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1e zeigt die erste Ausführungsform aus 1a in einer vierten Schnittansicht.
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2a zeigt die erste Ausführungsform aus 1a, wobei sich die Aufnahme in der Ladestellung befindet.
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2b zeigt die erste Ausführungsform aus 2a in einer ersten Schnittansicht.
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2c zeigt die erste Ausführungsform aus 2a in einer zweiten Schnittansicht.
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3a zeigt eine zweite Ausführungsform der Ladeeinrichtung in einer perspektivischen Ansicht;
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3b zeigt die zweite Ausführungsform aus 3a in weiteren perspektivischen Ansicht.
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3c zeigt die zweite Ausführungsform aus 3a in einer ersten Schnittansicht.
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4a zeigt die zweite Ausführungsform in der Zugangsstellung in einer perspektivischen Ansicht.
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4b zeigt die zweite Ausführungsform aus 4a in einer Schnittansicht.
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4c zeigt die zweite Ausführungsform aus 4a, in einer Schnittansicht mit Detailvergrößerung.
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4d zeigt die zweite Ausführungsform aus einer anderen Perspektive;
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Wie in 1a gezeigt, ist die erfindungsgemäße Ladeeinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform mit einem Gehäuse 1 ausgestattet. Das Gehäuse kann Teil der Innenausstattung eines Fahrzeugs sein, beispielsweise im Bereich der Mittelkonsole. In das Gehäuse können weitere Funktionskomponenten integriert sein, beispielsweise Steckverbinder für ein Audiosystem oder, wie hier dargestellt, eine Ladestandsanzeige mit mehreren optischen Signallämpchen 2.
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An der Oberseite des Gehäuses 1 ist eine Öffnung 3 ausgebildet, aus der in der Darstellung eine Aufnahme 4 teilweise herausragt. Es ist außerdem für die Öffnung 3 eine Abdeckung (5) ausgebildet, welche die Öffnung 3 dann verschließt, wenn die Aufnahme 4 in das Gehäuse 1 vollständig abgesenkt ist. Die Aufnahme 4 weist eine Größe und Form auf, so dass beispielsweise herkömmliche Smartphones in vertikaler Richtung in die Aufnahme 4 eingeschoben werden können. Seitlich sind an der Aufnahme 4 dazu Aussparungen vorgesehen, um einen einfachen Zugriff auf Geräte verschiedener Größe zu ermöglichen, gleichzeitig jedoch eine Stützung des eingelegten Geräts zu gewährleisten.
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Die Aufnahme 4 kann beispielsweise mit elastischen Dämpfungsmitteln ausgestattet sein, um das Gerät in der Auflage spielfrei zu lagern.
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1b zeigt einen Schnitt der Einrichtung, wobei ein Quader aus der Einrichtung ausgeschnitten ist. In dieser Darstellung ist ersichtlich, wie ein Mobilgerät 6 in die Aufnahme 4 eingelegt ist. Es ist außerdem erkennbar, dass Ladespulen 10 in dem Gerät angeordnet sind und in diesem Beispiel ortsfest im Gerät festgelegt sind. Schließlich ist auch ein Teil eines elektromechanischen Verstell-Mechanismus 11 gezeigt, welcher die Aufnahme 4 aus der Stellung, so wie sie in den 1a und 1b gezeigt ist, in eine Ladestellung verfahren kann. In dieser Darstellung ist ersichtlich, dass das Mobilgerät 6 sich nicht in der optimalen Ladeposition gegenüber den Ladespulen 10 befindet. Stattdessen ist ein wesentlicher vertikaler Versatz zwischen dem Gerät und den Ladespulen 10 hergestellt, wobei in dieser Stellung jedoch der Zugriff auf das Gerät 6 für einen Benutzer problemlos möglich ist, selbst mit einer einfachen Ein-Hand-Einlegebedienung. Es ist außerdem in der 1b zu erkennen, dass in dieser Realisierung eine vorgespannte Abdeckung 5 vorgesehen ist, die beim Herausfahren der Aufnahme 4 in diese Zugangsstellung aufgedrückt wird. Wird die Aufnahme 4 hingegen nach unten abgesenkt, so schließt die Abdeckung 5 die Öffnung 3.
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In 1c ist ein weiterer Schnitt derselben Einrichtung und derselben Stellung dargestellt, wobei hier jedoch die Antriebseinrichtung 11 zum vertikalen Verfahren der Aufnahme 4 besser erkennbar ist.
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Die 1d zeigt anhand eines weiteren Schnitts die Lage des Mobilfunkgeräts 6 in der Aufnahme 4.
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In 1e ist schließlich die Lage der Ladespulen 10 in dem Gehäuse 1 dargestellt. Von den dargestellten Ladespulen 10 wird in diesem Beispiel nur eine zum tatsächlichen Aufladen aktiviert, wobei die Auswahl der Ladespule in Abhängigkeit der Ausrichtung des eingelegten Geräts 6 erfolgt. Diese Spulenselektion ist im Stand der Technik bekannt und in den entsprechenden Ladestandards beschrieben.
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2a zeigt die Einrichtung, wobei die Aufnahme 4 nun in die Ladestellung gefahren ist. Die Abdeckung 5 ist durch ihre Federkraftvorspannung in die geschlossene Position bewegt und schützt das Gehäuse nun von eintretendem Staub oder sonstigen Fremdkörpern.
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2b zeigt die Lage der Aufnahme 4 und des eingelegten Geräts 6 in einer Schnittansicht der in 2a gezeigten Stellung. Nun befindet sich das Gerät 6 gegenüber den Ladespulen 10 in einer optimalen Ladeausrichtung und der Ladevorgang kann initiiert werden.
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Diese Lage des Mobilgeräts 6 ist in 2c nochmals deutlicher dargestellt, in dem eine weitere Schnittansicht gezeigt ist. Neben den Ladespulen 10 kann eine weitere drahtlose Schnittstelle in dem Gehäuse 1 angeordnet sein, beispielsweise für eine Bluetooth-Kommunikation mit dem eingelegten Mobilgerät 6. Die Ladespulen 10 selbst können jedoch ebenfalls für eine Kommunikation mit dem Mobilgerät 6 eingesetzt werden, beispielsweise über den NFC-Standard. Auf diese Weise ist sowohl eine Aufladung als auch ein Datenaustausch mit einem eingelegten Mobilgerät 6 möglich. Möchte der Benutzer das Mobilgerät 6 entnehmen, kann am Gehäuse 1 eine entsprechende Taste vorgesehen sein, grundsätzlich kann jedoch auch einer anderen Stelle im Fahrzeug eine Betätigung möglich sein, beispielsweise wenn die fahrzeugseitige Steuereinrichtung mit der Ladeeinrichtung koppelt ist. Dann kann beispielsweise vorgesehen sein, die Aufnahme mit dem eingelegten Gerät beim Abstellen der Zündung auszufahren.
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In den 3a bis 4c ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung dargestellt. In dieser Gestaltung ist die Aufnahme 52 als Schale zum horizontalen Ausfahren aus einem Gehäuse 50 ausgebildet. Die 3a, 3b, 3c zeigen die Aufnahme in der Ladestellung, in das Gehäuse eingezogen. Die Aufnahme 52 ist mit einer Abdeckung 51 ausgebildet, welche die Öffnung im Gehäuse 50 verschließt, wenn die Aufnahme in die Ladestellung eingezogen ist. Das Gehäuse 50 kann z.B. als frontseitiger Teil der Mittelkonsole oder als Teil des Armaturenbereichs ausgebildet sein.
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In dieser Ausführungsform sind die Ladespulen 54 mit der Aufnahme 52 derart gekoppelt, dass sie zusammen mit der Aufnahme verfahrbar sind. Außerdem ist ein elektromechanischer Antrieb 53 vorgesehen, welcher die Aufnahme 52 zwischen Zugangsstellung und Ladestellung bewegen kann.
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Durch die horizontale Ausführung der Aufnahme 52 ist jederzeit gewährleistet, dass ein eingelegtes Mobilgerät (nicht gezeigt) in bestmögliche Annäherung zu den unter der Aufnahme angeordneten Ladespulen 54 platziert ist.
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4a zeigt die Zugangsstellung der Aufnahme 52. In dieser Stellung ist ein Mobilgerät per Einhandbedienung problemlos einlegbar und damit mit der Ladeeinrichtung koppelbar.
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4b zeigt eine Schnittansicht, welche die Details des Antriebs besser erkennen lässt. Die Aufnahme 52 ist mit einem Schlitten ausgebildet, der über eine Zahnstange von dem Antrieb 53 bewegbar ist.
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In 4c ist eine Detailvergrößerung der Aufnahme 52 und den darunter angeordneten Ladespulen 54 gezeigt. Hier wird deutlich, dass die Ladespulen derart mit der Aufnahme 52 gekoppelt sind, dass eine unmittelbare Platzierung unter der Aufnahme 52 gewährleistet ist. Ein in die schalenförmige Aufnahme 52 eingelegtes Gerät liegt in direkter Annäherung an die Ladespulen 54, so dass eine Kopplung zum induktiven Laden möglich ist.
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4d zeigt die Lage der Ladespulen 54 unter der Aufnahme 52, wobei in dieser Darstellung der Boden der Aufnahme 54 entfernt ist, um die Sicht auf die Ladespulen 54 freizugeben.
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Diese Ausführungsform kann, wie alle Ausführungsformen, ebenfalls mit einer Kommunikationsschnittstelle ausgebildet sein, welche die Spulen 54 als Kommunikationsmittel nutzt, z.B. um eine NFC-Kommunikationsverbindung aufzubauen. Auch eine von den Ladespulen 54 separate Kommunikationseinrichtung, die im Gehäuse 50 angeordnet ist, kann verwendet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- üglich derartiger Ladeeinrichtungen keinen übergreifenden technischen Standard, stattdessen gibt es mehrere proprietäre Ansätze. Einer der [0009]
- die Maßgaben dieses Standards mit der Erfindung einsetzbar. Welcher Standard für die induktive [0009]
