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Die Erfindung betrifft eine Spuleneinrichtung für einen Kraftwagen gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Eine derartige Spuleneinrichtung für einen Kraftwagen ist aus der
DE 10 2015 213 096 A1 bekannt. Diese Spuleneinrichtung dient einer induktiven Energieübertragung von einer außerhalb des Kraftwagens angeordneten Primärspule auf eine durch zumindest eine Spulenwicklung gebildete Sekundärspule der Spuleneinrichtung im Kraftwagen. Mittels der übertragenen Energie wird ein Energiespeicher des Kraftwagens, aus welchem eine Antriebseinheit des Kraftwagens speisbar ist, aufgeladen. Zur Ermöglichung einer besonders effizienten Energieübertragung umfasst die Spuleneinheit einen Ferritkern, mittels welchem ein im Zuge der induktiven Energieübertragung auftretendes Magnetfeld beeinflussbar ist. Dabei sind die die Sekundärspule bildende Spulenwicklung und der Ferritkern von einem Gehäuse aus einem faserverstärkten Kunststoff umgeben. Der Ferritkern ist innerhalb des Gehäuses zumindest bereichsweise oberhalb einer Oberkante der Sekundärspule angeordnet. Überdies sind der Ferritkern und die Sekundärspule jeweils zumindest teilweise von einem Material, welcher in dem Gehäuse aufgenommen ist, umgeben.
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Darüber hinaus ist in der
DE 10 2010 050 935 A1 eine Spulenanordnung offenbart, mittels welcher von einer externen Primärspule Energie an eine in einem Fahrzeug vorgesehene Sekundärwicklung berührungslos übertragbar ist. Dabei weist die Spulenanordnung eine Spulenwicklung und einen ebenen Ferritbereich auf, welche in einem Kunststoffteil angeordnet sind und gemeinsam von Vergussmasse umgossen sind.
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In der
DE 10 2013 226 830 A1 wird eine Anordnung wenigstens einer Induktionsspule zum induktiven Laden eines Energiespeichers an einem Unterboden eines Kraftwagens beschrieben. Dabei sind Ferrite in Form von Feldführungselementen oberhalb der Induktionsspule bereichsweise und verteilt angeordnet.
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Überdies ist aus der
DE 10 2014 018 754 A1 eine Ladeeinrichtung bekannt, bei welcher eine Sekundärspule in einem Spulengehäuse angeordnet ist, wobei auf einer Seite des Spulengehäuses, die in einem Einbauzustand einer Kraftfahrzeugunterseite zugewandt ist, eine Abdeckung aus einem ein Magnetfeld abschirmenden Material angeordnet ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Spuleneinrichtung für einen Kraftwagen zu schaffen, mittels welcher Energie besonders vorteilhaft berührungslos übertragen werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Spuleneinrichtung für einen Kraftwagen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung lassen sich den übrigen Ansprüchen entnehmen.
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Zur Schaffung einer Spuleneinrichtung der eingangs genannten Art, mittels welcher Energie besonders vorteilhaft übertragen und dabei beispielsweise durch eine in beziehungsweise an dem Kraftwagen angeordnete Sekundärspule von einer außerhalb des Kraftwagens angeordneten Primärspule aufgenommen beziehungsweise empfangen werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Ferritkern vollständig oberhalb einer Unterkante der Sekundärspule angeordnet ist. Folglich ist der Ferritkern zumindest bereichsweise oberhalb einer Oberkante der Sekundärspule sowie vollständig oberhalb der Unterkante der Sekundärspule angeordnet. Unter der Anordnung des Ferritkerns oberhalb der Unterkante der Sekundärspule ist zu verstehen, dass der Ferritkern in Axialrichtung der Sekundärspule beziehungsweise wenigstens einer Spulenwicklung der Sekundärspule an einer von einem Boden beziehungsweise einer Fahrbahn auf dem der Kraftwagen steht abgewandten Seite der Unterkante der Sekundärspule angeordnet ist. Hierdurch kann ein bei einer induktiven Energieübertragung auftretendes Magnetfeld besonders positiv beeinflusst werden, sodass die induktive Energieübertragung von der Primärspule an die Sekundärspule mit besonders hohen Energiedichten erfolgen kann.
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Vorzugsweise ist der Ferritkern beabstandet von der Sekundärspule angeordnet. Insbesondere weist der Ferritkern wenigstens einen Abstand von 1 Millimeter zur Sekundärspule auf. Es ist vorteilhaft, wenn ein durch den Abstand entstehender Spalt nicht ungefüllt ist, sondern mit einem Faser-Verbund-Kunststoff, aus welchem das Gehäuse gebildet sein kann, gefüllt ist. Vorteilhafterweise kann somit eine besonders stabile und geschützte Anordnung des Ferritkerns im Gehäuse erreicht werden.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Gehäuse aus einem Faser-Verbund-Kunststoff gebildet ist. Dabei handelt es sich bei den Fasern, welche der Faser-Verbund-Kunststoff umfasst, um elektrisch nicht leitende Fasern, welche eine neutrale magnetische Permeabilität aufweisen, wie beispielsweise Glasfasern oder Basaltfasern. Insbesondere handelt es sich bei dem Faser-Verbund-Kunststoff um einen glasfaserverstärkten Kunststoff. Unter dem glasfaserverstärkten Kunststoff ist ein Kunststoff zu verstehen, welcher aus Stabilitätsgründen mit Glasfasern durchsetzt ist. Da das Gehäuse aus dem besonders stabilen Faser-Verbund-Kunststoff gebildet ist, weist dieses eine besonders hohe mechanische Stabilität auf, wodurch die in dem Gehäuse angeordnete Sekundärspule sowie der in dem Gehäuse angeordnete Ferritkern besonders gut vor Beschädigungen geschützt sind.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Sekundärspule vollumfänglich von dem Material umgeben ist. Das bedeutet, dass die Sekundärspule insbesondere an ihren dem Gehäuse zugewandten Außenseiten, zu allen Seiten von dem Material umgeben ist. Hierbei kann die Sekundärspule beabstandet von dem Ferritkern angeordnet und vollumfänglich von dem Material umgeben sein oder der Ferritkern an der Sekundärspule anliegend angeordnet sein und der Ferritkern und die Sekundärspule gemeinsam vollumfänglich von dem Material umgeben sein. Bei dem Material handelt es sich insbesondere um ein elastisches Material. Beispielsweise handelt es sich bei dem Material um einen Kunststoff oder um einen Naturkautschuk. Hieraus ergibt sich der Vorteil, dass das Material die Sekundärspule und den Ferritkern elastisch betten kann und lokale Krafteinträge von außen großflächig verteilen kann. Hierbei ist eine poröse Ausbildung des Materials beispielsweise als Schaum, insbesondere als Kunststoffschaum ebenfalls möglich. Alternativ kann das Material als Waben ausgebildet sein. Vorteilhafterweise ist die Sekundärspule aufgrund deren vollumfänglicher Umgebung mit dem Material besonders gut vor Beschädigungen geschützt.
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Darüber hinaus hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn wenigstens ein erster Teilbereich des Ferritkerns oberhalb der Oberkante der Sekundärspule angeordnet und wenigstens ein zweiter Teilbereich des Ferritkerns in der Sekundärspule angeordnet ist. Das bedeutet, dass insbesondere im Bereich von Spulenwicklungen der Sekundärspule der erste Teilbereich des Ferritkerns oberhalb der Oberkante der Sekundärspule angeordnet ist. Der zweite Teilbereich des Ferritkerns ist dabei in einer von den Spulenwicklungen definierten Radialrichtung von den Spulenwicklungen umschlossen in der Sekundärspule angeordnet. Insbesondere ist der zweite Teilbereich des Ferritkerns in Radialrichtung von den Spulenwicklungen beabstandet in der Sekundärspule angeordnet und von den Spulenwicklungen umschlossen. Vorteilhafterweise ist der zweite Teilbereich des Ferritkerns somit besonders gut vor mechanischen Beschädigungen geschützt, da dieser in der Sekundärspule angeordnet ist, während der erste Teilbereich des Ferritkerns eine besonders effektive Energieübertragung von der Primärspule auf die Sekundärspule gewährleistet.
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In einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Ferritkern vollständig oberhalb der Oberkante der Sekundärspule angeordnet ist. Insbesondere ist der Ferritkern zumindest im Wesentlichen eben ausgebildet und in Axialrichtung der Sekundärspule oberhalb, das heißt in einem in den Kraftwagen eingebauten Zustand an einer dem Boden beziehungsweise der Fahrbahn auf dem der Kraftwagen steht abgewandten Seite der Sekundärspule angeordnet. Hierdurch kann vorteilhafterweise eine mechanische Stabilität der Spuleneinrichtung unterstützt werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Gehäuse wenigstens zwei, insbesondere reversibel lösbar miteinander verbundene Gehäuseteile aufweist, durch welche jeweils teilweise ein Aufnahmeraum gebildet ist, in welchem der Ferritkern, die Sekundärspule und das Material angeordnet sind. Das bedeutet, dass die zwei Gehäuseteile des Gehäuses das Material, welcher den Ferritkern und die Sekundärspule jeweils zumindest teilweise umgibt, in einem miteinander verbundenen Zustand umschließen. Dabei können die zwei Gehäuseteile beispielsweise mittels einer Schraubverbindung, Klebeverbindung oder Nietverbindung verbunden sein. Beispielsweise kann bei einem Herstellungsprozess der Spuleneinrichtung erst ein Spulenkomplex aus dem Ferritkern, der Sekundärspule und dem Material gebildet werden, an welchen die zwei Gehäuseteile anschließend eingegossen und die Gehäuseteile miteinander verbunden werden, in der Art, dass der Spulenkomplex von dem Gehäuse vollständig umschlossen ist. Vorteilhafterweise kann somit die Spuleneinrichtung besonders einfach und schnell hergestellt werden. Darüber hinaus können die Gehäuseteile beispielsweise voneinander gelöst werden, um den Spulenkomplex auszutauschen.
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Einzelheiten der Erfindung ergeben sich im Weiteren, anhand der Figurenbeschreibung sowie der Zeichnungen.
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Hierbei zeigt:
- 1 eine schematische Schnittansicht einer ersten Ausführungsform einer Spuleneinrichtung für einen Kraftwagen, mit einer Sekundärspule und einem vollständig oberhalb einer Oberkante der Sekundärspule angeordneten Ferritkern, welche jeweils zumindest teilweise von einem Material umgeben und gemeinsam in einem Gehäuse angeordnet sind; und
- 2 eine schematische Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform der Spuleneinrichtung, bei welcher ein erster Teilbereich des Ferritkerns oberhalb der Oberkante der Sekundärspule und ein zweiter Teilbereich des Ferritkerns in der Sekundärspule angeordnet ist.
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In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 und 2 ist jeweils eine Spuleneinrichtung 1 für einen elektrisch betreibbaren Kraftwagen in einer alternativen Ausführungsform dargestellt. Diese Spuleneinrichtung 1 dient einer induktiven Energieübertragung von einer außerhalb des Kraftwagens angeordneten Primärspule einer Energieversorgungseinrichtung an die Spuleneinrichtung 1. Mittels der übertragenen Energie wird ein Energiespeicher des Kraftwagens, insbesondere eine Batterie, geladen. Die Batterie dient einer Versorgung des elektrisch betreibbaren Kraftwagens mit elektrischer Energie, mittels welcher der Kraftwagen über wenigstens einen Elektromotor betreibbar ist.
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Die in den Fig. dargestellte Spuleneinrichtung 1 umfasst eine Sekundärspule 2, welche vorliegend aus nicht näher dargestellten, um eine Mittelachse 3 gewickelten Spulenwicklungen gebildet wird. Vorliegend werden die Spulenwicklungen von einem Kupferdraht gebildet. Darüber hinaus umfasst die Spuleneinrichtung 1 einen Ferritkern 4, welcher zumindest bereichsweise oberhalb einer Oberkante 5 der Sekundärspule 2 angeordnet ist. Dabei handelt es sich bei der Oberkante 5 um eine in Einbaulage der Sekundärspule 2 in Axialrichtung einem Boden beziehungsweise einer Fahrbahn auf dem der Kraftwagen steht abgewandten Seite der Sekundärspule 2. Unter einer Anordnung des Ferritkerns 4 oberhalb der Oberkante 5 der Sekundärspule 2 ist zu verstehen, dass der Ferritkern 4 zumindest bereichsweise in Axialrichtung entlang der Mittelachse 3 an der dem Boden beziehungsweise der Fahrbahn auf dem der Kraftwagen steht abgewandten Seite der Sekundärspule 2 angeordnet ist.
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Bei der in 1 und 2 gezeigten Spuleneinrichtung 1 ist die Sekundärspule 2 vollumfänglich von einem Material, vorliegend von einem Kunststoffschaum 7 umgeben. Alternativ kann es sich in einer nicht dargestellten Ausführungsform bei dem Material um einen Naturkautschuk handeln. Der Ferritkern 4 ist zumindest teilweise von dem gleichen Kunststoffschaum 7 umgeben. Vorliegend sind die Sekundärspule 2 und der Ferritkern 4 beabstandet voneinander in dem Kunststoffschaum 7 angeordnet. Der Kunststoffschaum 7 wird von einem Gehäuse 8, welches vorliegend zwei reversibel lösbare, miteinander verbundene Gehäuseteile 9 aufweist, umschlossen. Dabei sind die Gehäuseteile 9 beispielsweise aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff gebildet. Vorliegend sind die Gehäuseteile 9 mittels einer Klebeverbindung 10 miteinander verbunden.
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Zur Ermöglichung einer besonders vorteilhaften Energieaufnahme der Sekundärspule 2 von der außerhalb des Kraftwagens angeordneten Primärspule ist der Ferritkern 4 vollständig oberhalb einer Unterkante 6 der Sekundärspule 2 angeordnet ist. Das bedeutet, dass der Ferritkern 4 in Axialrichtung entlang der Mittelachse 3 der Sekundärspule 2 näher an der Oberkante 5 der Sekundärspule angeordnet ist als die Unterkante 6 der Sekundärspule 2.
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In einer ersten, in 1 gezeigten Ausführungsform der Spuleneinrichtung 1 ist der Ferritkern 4 vollständig und durchgängig oberhalb der Oberkante 5 der Sekundärspule 2 angeordnet. Vorliegend ist der Ferritkern 4 beabstandet von der Sekundärspule 2 in dem Kunststoffschaum 7 angeordnet. Das bedeutet, dass der Ferritkern 4 in Axialrichtung der Sekundärspule 2 entlang der Mittelachse 3 auf der dem Innenraum des Kraftwagens zugewandten Seite der Sekundärspule 2 angeordnet ist.
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In einer in 2 gezeigten alternativen zweiten Ausführungsform der Spuleneinrichtung 1 ist ein erster Teilbereich 11 des Ferritkerns 4 oberhalb der Oberkante 5 der Sekundärspule 2 angeordnet. Ein zweiter Teilbereich 12 des Ferritkerns 4 ist hingegen in der Sekundärspule 2 angeordnet. Dabei ist der Ferritkern 4 durchgängig oberhalb der Unterkante 6 der Sekundärspule 2 angeordnet. Der zweite Teilbereich 12 des Ferritkerns 4 wird in Radialrichtung von der Sekundärspule 2 umschlossen. Vorliegend ist dabei der Ferritkern 4 von der Sekundärspule 2 beabstandet vollständig in dem Kunststoffschaum 7 angeordnet.
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Bei einem induktiven Laden des Kraftwagens befindet sich die Primärspule außerhalb des Kraftwagens in oder auf einem Boden, auf welchem der Kraftwagen angeordnet ist. Die Sekundärspule 2 ist beispielsweise in oder an einem Unterboden des Kraftwagens angeordnet. Die Sekundärspule 2 wird durch das Gehäuse 8 geschützt. Die Spuleneinrichtung 1 hat im Inneren einen Aufbau aus der Sekundärspule 2, gegebenenfalls Elektronik und Elementen, mittels welchen ein Magnetfeld ausrichtbar ist. Bei einem der Elemente handelt es sich beispielsweise um den Ferritkern 4. Wie in 1 und 2 dargestellt ist, ist die Spuleneinrichtung 1 in einer sogenannten Sandwich-Bauweise aufgebaut, bei welcher der Ferritkern 4 vollständig oberhalb der Unterkante 6 der Sekundärspule 2 angeordnet ist. Der Ferritkern 4 kann je nach Anforderungen an ein durch die Primärspule erzeugtes elektromagnetisches Feld vollständig oberhalb der Oberkante 5 der Sekundärspule 2 angeordnet sein oder bereichsweise oberhalb der Oberkante 5 der Sekundärspule 2 und bereichsweise in der Sekundärspule 2 angeordnet sein. Hierdurch wird vorteilhafterweise ein Einbinden des Ferritkerns 4 in eine Stützstruktur der Spuleneinrichtung 1 ermöglicht. Durch die Sandwich-Bauweise werden der Ferritkern 4 und die Sekundärspule 2 sowie eventuell zusätzlich integrierte elektrische Bauteile durch die Gehäuseteile 9 vor Zug-Druckbelastungen und durch den Kunststoffschaum 7 vor Schubbelastungen geschützt. Somit handelt es sich bei der in Zusammenhang mit den 1 und 2 beschriebenen Spuleneinrichtung 1 um eine besonders stabile Spuleneinrichtung, mittels welcher Energie besonders effizient von der Primärspule aufgenommen werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Spuleneinrichtung
- 2
- Sekundärspule
- 3
- Mittelachse
- 4
- Ferritkern
- 5
- Oberkante
- 6
- Unterkante
- 7
- Kunststoffschaum
- 8
- Gehäuse
- 9
- Gehäuseteil
- 10
- Klebeverbindung
- 11
- Teilbereich
- 12
- Teilbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015213096 A1 [0002]
- DE 102010050935 A1 [0003]
- DE 102013226830 A1 [0004]
- DE 102014018754 A1 [0005]
