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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Laden von Objekten und insbesondere von Kraftfahrzeugen. Aus dem Stand der Technik sind diverse Ladesysteme zum Laden, insbesondere von Kraftfahrzeugen, bekannt. So ist es bekannt, dass Kraftfahrzeuge mittels eines Kabelanschlusses geladen werden. Dies wird jedoch teilweise als umständlich empfunden. In jüngerer Zeit sind daher auch induktive Ladesysteme bekannt geworden. Diese weisen üblicherweise eine Sende- oder Primärspule auf, welche stationär montiert sein kann und welche induktiv Energie auf eine Sekundärspule, welche sich an dem Fahrzeug befindet, überträgt.
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Damit stützt sich die Technologie des induktiven Ladens von Kraftfahrzeugen auf die Kontaktlose Energieübertragung mittels magnetischem Wechselfeld. Derartige Systeme erfordern den Einsatz sehr hoher Magnetfelder. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, dass verhindert wird, dass während des Ladevorgangs Objekte und insbesondere auch lebende Objekte in den Gefahrenbereich, in dem die Magnetfelder wirken, gelangen. Aus dem Stand der Technik sind entsprechende Systeme zur Objekterkennung bekannt.
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Ein derartiges System „LOP“ (Englisch: Living Object Protection) beschreibt die Funktion des Lebendobjektschutzes sowie einer Lebendobjekterkennung bezogen auf das Ladesystem und deren Umfeld.
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Bei diesem Ladesystem wird, wie oben erwähnt über einen Luftspalt zwischen einer Bodeneinheit und einer Fahrzeugeinheit Energie mittels einer Wechselspannung einer bestimmten Frequenz (beispielsweise 80 bis 90 kHz) übertragen.
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Das Eindringen von allgemein lebenden Objekten in diesen Bereich wird durch den Lebendobjektschutz detektiert, geeignete Maßnahmen (zum Beispiel ein Unterbrechen des Ladevorgangs) können eingeleitet werden.
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Aufgrund möglicherweise entstehender gesundheitlicher Schäden sollte der Zustand des aktiven Ladevorgangs und der gleichzeitigen Anwesenheit von Lebendobjekten (aber auch von anderen Objekten) im Zwischenraum des Ladesystems vermieden werden.
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Daneben wäre es auch vorteilhaft, wenn eine Überwachung auch in einem über den eigentlichen Zwischenraum hinweg möglich wäre. Weiterhin wäre es auch wünschenswert, eine Überwachung unabhängig davon durchzuführen, ob ein Kontakt zwischen dem jeweiligen Objekt und einem Element der Ladeanordnung, etwa einem Element des Primärteils wie dessen Gehäuse besteht.
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Aus diesem Grund ist bei einer induktiven Ladeeinheit ein System vorteilhaft, welches die besagte Situation verhindert, bevor es zu einer kritischen Kontaktzeit mit dem Ladefeld und den damit verbundenen Risiken kommt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein derartiges Ladesystem mit einer Objekterkennungseinrichtung und insbesondere einer Lebendobjekterkennungseinrichtung zur Verfügung zu stellen, welches insbesondere bereits eine frühzeitige Erkennung des Lebendobjekts ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche erreicht. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Eine erfindungsgemäße Ladeanordnung zum Laden von elektrisch betriebenen Einrichtungen und insbesondere von Kraftfahrzeugen weist eine Primäreinheit auf, welche eine Primärspule aufweist, welche dazu geeignet und bestimmt ist, ein magnetisches Feld zu erzeugen, um elektrische Energie (insbesondere berührungslos) auf eine Sekundärspule, welche Bestandteil einer Sekundäreinheit ist und welche an der elektrisch betriebenen Einrichtung angeordnet ist, zu übertragen, wobei die Ladeanordnung eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen von Objekten und insbesondere von lebenden Objekten aufweist.
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Erfindungsgemäß ist die Erfassungseinrichtung zum Erfassen von lebenden und/oder sich bewegenden Objekten geeignet und bestimmt und weist eine Sendeeinrichtung auf, welche eine Sendestrahlung ausgibt, insbesondere in Form elektromagnetischer Wellen sowie eine Empfangseinrichtung, die dazu geeignet und bestimmt ist, die aus der Sendestrahlung resultierende Rückstrahlung, bzw. die aus dem Sendesignal reflektierten elektromagnetischen Wellen aufzunehmen.
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Zusätzlich oder alternativ ist die Erfassungseinrichtung zum Erfassen von lebenden und/ oder sich bewegenden Objekten geeignet und bestimmt und weist eine Radarerfassungseinheit auf.
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Insbesondere handelt es sich bei der Rückstrahlung um von anderen Bereichen reflektierte oder gestreute Strahlung insbesondere von einem Bereich des Kraftfahrzeugs gestreuter Strahlung.
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Besonders bevorzugt ist die Empfangseinrichtung geeignet, auch Reflexionen zu erfassen, die von einem (Fremd)objekt stammen, aber vor Erreichen der Empfangseinrichtung noch an einem Bereich des Kraftfahrzeugs reflektiert wurden. Dies bedeutet, dass besonders bevorzugt zum Erfassen von Objekten auch Reflexionen der Strahlung insbesondere an der Sekundäreinheit und/oder dem Fahrzeugboden genutzt werden. Auf diese Weise kann der Erfassungsbereich der Erfassungseinrichtung vergrößert werden.
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Auf diese Weise wird eine Vorrichtung zum Erfassen und Erkennen von Objekten, genauer zum Erfassen der Anwesenheit von Objekten anhand statischer und dynamischer Bewegungsinformation vorgeschlagen.
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Dabei werden insbesondere die Art und Weise des Einsatzes der Radartechnologie sowie die notwendigen Vorrichtungen zur grundsätzlichen Einsetzbarkeit in dieser Art und in dieser Umgebung der Ladeeinrichtung hervorgehoben.
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Radartechnologien sind aus dem Stand der Technik seit langem bekannt. Die vorliegende Erfindung schlägt vor, sich diese Technologie in einem ungewöhnlichen Einsatzfeld zu Nutze zu machen, nämlich in einem Bereich sehr kurzer Distanzen, welche hier beispielsweise zwischen der Sendespule und der Empfangsspule oder allgemein zwischen der Primäreinheit und der Sekundäreinheit und/oder dem zu ladenden Fahrzeug auftreten. Daneben soll eine Radartechnologie in einem sehr starken Magnetfeld (nämlich dem Ladefeld) genutzt werden.
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Es wird damit ein Detektieren von Objekten und insbesondere von sich bewegenden Objekten vor und während des Ladebetriebs ermöglicht. Auf diese Weise kann sich ein Verhindern bzw. Minimieren von möglichen Gefahren für ein in den Ladebereich eindringendes Objekt ergeben.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist ein Antennendiagramm der Sensorik und/ oder weist die Sendeeinrichtung eine Hauptstrahlcharakteristik auf (bzw. die Antenne weist eine definierte Abstrahlcharakteristik auf) (welche über einem 3 dB Winkel α definiert sein kann)) in Richtung eines Fahrzeugs oder einer Sekundärspule.
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Über Reflexionen, insbesondere Reflexionen am Unterboden des Fahrzeugs wird bevorzugt eine Objektdetektion in horizontaler Ebene möglich. Auf diese Weise kann eine Lebendobjekterkennung erreicht werden. Über die Ausnutzung der Reflexion am Fahrzeugunterboden und/oder der Sekundäreinheit kann der Erfassungsbereich erheblich ausgedehnt werden. Dies wird unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert.
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Besonders bevorzugt ist daher die Erfassungseinrichtung derart ausgebildet, dass wenigstens ein Teil von der Sendeeinrichtung ausgehenden Strahlung zunächst an der Sekundäreinheit und/oder dem Fahrzeug-Unterboden reflektiert wird, bevor sie auf ein Fremdobjekt trifft und/oder derart, dass von dem Fremdobjekt reflektierte Strahlung zunächst auch von der Sekundäreinheit und/oder dem Fahrzeug - Unterboden reflektiert wird, bevor sie auf die Erfassungseinrichtung gelangt.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist daher die Erfassungseinrichtung einen Radarsensor auf. Dieser Radarsensor stellt insbesondere die oben erwähnte Empfangseinrichtung dar. Daneben fungiert der Radarsensor bevorzugt auch als Sendeeinrichtung.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Ladeanordnung eine Rückstrahleinrichtung auf, welche von der Sendeeinrichtung ausgehende Strahlung auf die Empfangseinrichtung zurückstrahlt. Bei dieser Rückstrahleinrichtung kann es sich insbesondere um Elemente der Empfangsspule handeln oder beispielsweise auch um Elemente des Kraftfahrzeugbodens.
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Diese Rückstrahleinrichtung könnte auch als Reflektor bezeichnet werden. Dieser Reflektor kann dabei das Umfeld der Erfassungseinrichtung aufweisen, insbesondere einen Fahrzeug-Unterboden und/oder die Sekundäreinheit und/oder die Sekundärspule.
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Bevorzugt leitet dieser Reflektor elektromagnetische Wellen von der Sendeeinrichtung zu einem Objekt, insbesondere einem Fremdobjekt, wobei dies insbesondere durch Reflektion erfolgt.
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Daneben dient dieser Reflektor auch dazu, um elektromagnetische Wellen von dem Objekt (insbesondere durch Reflexion an dem Fahrzeug-Unterboden, der Sekundäreinheit und/oder der Sekundärspule zu der Empfangseinrichtung zu leiten. Auch ein Lebendobjekt besitzt eine gewisse Rückstrahlfläche und reflektiert einen Teil der Sendestrahlung.
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Es wäre jedoch auch denkbar, dass das Radarsystem im Bereich des Fahrzeugs integriert wird und auf diese Weise die Rückstrahleinrichtung etwa ein Boden, an dem sich die Primärspule befindet, ist.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Sendeeinrichtung dazu geeignet und bestimmt, elektromagnetische Strahlung abzugeben. Besonders bevorzugt wird elektromagnetische Strahlung in einem Frequenzbereich abgegeben, der größer ist als 500 MHz, bevorzugt größer als ein GHz, bevorzugt größer als 5 GHz, bevorzugt größer als 10 GHz und bevorzugt größer als 15 GHz. Besonders bevorzugt wird ein Frequenzbereich verwendet, der kleiner ist als 300 GHz, bevorzugt kleiner als 200 GHz und besonders bevorzugt kleiner als 100 GHz.
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So kann beispielsweise das Erfassungssystem ein LOP-System mit einem integrierten Radarmodul auf 24 oder 77 GHz-Basis aufweisen. Allgemein kann ein frei zulässiges Frequenzband verwendet werden, welches für Anforderungen im Umfeld des induktiven Ladens geeignet ist. Dabei richten sich diese Anforderungen bzw. das Frequenzband nach physikalischen Eigenschaften wie beispielsweise der effektiven Rückstrahlfläche RCS erfassbarer Objekte oder aber einer notwendig detektierbaren Absolutentfernung zur jeweiligen Ladeeinheit.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Ladeanordnung eine Auswerteinrichtung auf, welche die von der Empfangseinrichtung empfangene und/oder aufgenommene Strahlung auswertet. Bevorzugt ist dabei die Auswerteinrichtung derart gestaltet, dass sie ein digital auswertbares Analogsignalmuster in geeigneter Form auswertet und Erkenntnisse bzw. Daten bzw. Werte ausgibt, welche für das zu erfassende Objekt charakteristisch sind. Bevorzugt sind diese Werte aus einer Gruppe von Werten ausgewählt, welche die Größe und Form des Objekts, die Entfernung von und die Lage zu der Sensoreinrichtung (insbesondere Mittellage), die Geschwindigkeit des sich in Bewegung befindlichen Objekts und dergleichen enthält.
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Allgemein weist die Erfassungseinrichtung neben der Sendeeinrichtung und der Empfangseinrichtung die oben beschriebene Auswerteeinrichtung auf, wobei diese Einrichtungen bevorzugt in ein gemeinsames Modul integriert sind.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Sendeeinrichtung an der Primäreinheit angeordnet. So kann die Primäreinheit ein entsprechendes Gehäuse aufweisen, welches beispielsweise auch die Primärspule enthält und auch im Bereich dieses Gehäuses und insbesondere innerhalb dieses Gehäuses kann die Sendeeinrichtung angeordnet sein. Entsprechend befindet sich die Reflexionsfläche an der Sekundäreinheit und/ oder hier dem zu ladenden Kraftfahrzeug.
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Bevorzugt weist die Primäreinheit zusätzlich zu der Spule weitere Einrichtungen auf, wie beispielsweise eine Steuerungseinrichtung zum Ansteuern der Primärspule. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Primäreinheit auch einen Ferritkörper auf.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Ladeanordnung eine Steuerungseinrichtung auf, welche den Ladevorgang unter Berücksichtigung eines von der Empfangseinrichtung empfangenen Signals und/ oder eines von der Auswerteeinrichtung ausgegebenen Signals steuert. So kann beispielsweise ein Ladestrom abgeschalten werden oder auch der Strom reduziert werden. Weiterhin wäre es möglich, dass ein Alarmsignal ausgegeben wird, welches den Nutzer darauf hinweist, dass sich ein Objekt in dem Ladebereich befindet.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Sendeeinrichtung und/oder die Erfassungseinrichtung in einem zentralen Bereich der Primäreinheit angeordnet. So wäre es beispielweise möglich, dass die Sendeeinrichtung und/oder die Erfassungseinrichtung in ihrer Gesamtheit in einem Bereich der Primärspule und insbesondere in einem Bereich einer senkrechten Projektion dieser Primärspule angeordnet sind.
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Unter einem zentralen Bereich wird ein Bereich verstanden, der bezogen auf eine horizontale Ebene (in montierten Zustand der Primäreinheit) näher an einem geometrischen Zentrum der Primäreinheit als an deren Rändern angeordnet ist.
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Bevorzugt ist die Erfassungseinheit innerhalb einer Projektionsfläche, die bei einer Projektion der Primärspule in einer zu der Spulenwicklung senkrechten Richtung entsteht.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Erfassungseinrichtung lediglich eine Sendeeinrichtung und/oder lediglich eine Empfangseinrichtung auf. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Ladeanordnung lediglich eine Erfassungseinrichtung auf. Bevorzugt sind die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung als bauliche Einheit ausgebildet.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Erfassungseinheit nur in einem vorgegebenen Bereich und insbesondere einem zentralen Bereich der Primäreinheit angeordnet.
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Es wird daher insbesondere vorgeschlagen, dass die Erfassungseinrichtung lediglich einen einzigen Radarsensor aufweist. Auf diese Weise kann eine erhebliche Kostenersparnis im Vergleich zu einem System basierend auf mehreren verteilten Sensoriken, insbesondere um eine Ladeeinrichtung herum, erreicht werden, da hierbei gleiche Funktionalitäten auf mehrere identische Systeme verteilt werden müssen.
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Durch das hier beschriebene LOP-System können weiterhin auch alle sicherheitsrelevanten Aspekte der Ladeanordnung bedient werden. Dies sind zum Beispiel die rechtzeitige Regelung und/oder Steuerung des Ladestroms bzw. des Ladefelds. Wie erwähnt, wird die genannte Sensorik bevorzugt in der Mitte der Bodenladeeinheit angebracht. Dabei ist es möglich, dass ein magnetisches Feld von der Primärspule auch Bereiche der Erfassungseinrichtung durchsetzt.
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Eine derartige zentrale Anordnung der Erfassungseinrichtung hat sich als ausreichend zur Lebendobjekterkennung gezeigt. Dabei wird berücksichtigt, dass auch Reflexionen am Fahrzeugunterboden zur Erfassung beitragen können und auf diese Weise eine 360°-Sicht entsteht. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Erfassungseinrichtung im Wesentlichen mittig und/ oder räumlich innerhalb der Leistungsübertragung angeordnet. Bevorzugt findet dabei eine Leistungsübertragung im kW-Bereich statt.
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Besonders bevorzugt ist dabei die Erfassungseinrichtung einem Magnetfeld ausgesetzt, das vollständig der Energieübertragung dient.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Erfassungseinrichtung gegenüber von der Primärspule abgegeben Strahlungen und/ oder magnetischen Felder abgeschirmt. Dies erfolgt bevorzugt mittels einer Abschirmeinrichtung. Mit anderen Worten ist die Erfassungseinrichtung bzw. die Sensoreinheit vor dem Einfluss zu hoher Magnetfeldstärken (im Milliteslabereich) mit einer Schutzeinrichtung geschützt.
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Durch die hier beschriebene vorteilhafte Anordnung der Erfassungseinrichtung in einem zentralen Bereich der Sensorik werden mehrere Vorteile gegenüber anderen Systemen, welche beispielsweise Sensoriken außerhalb des Hauptladefeldes aufweisen, erreicht. Wie oben erwähnt ist diese Lösung kostengünstig realisierbar, da sie auf einer einmaligen Ausführung des Sensor- und Signalverarbeitungsstranges basieren.
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Dabei auftretende Hitze- und Temperaturprobleme können vermieden werden und auch Signalstörungen. Durch das Lademagnetfeld können durch eine Schirmwirkung bzw. wie unten genauer beschrieben Feldauslöschung erreicht werden.
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Allgemein kann es zu dem physikalischen Effekt der Erwärmung von allgemein metallischen Flächen kommen, welche einem magnetischen Wechselfeld mit genügend hoher Feldstärke über eine ausreichend lange Zeit ausgesetzt werden.
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Unabhängig von der Art der Ladeeinrichtung oder der Ladespule im System des induktiven Ladens wird sich ein Einzelsensor bevorzugt in der Mitte des Ladesystems befinden und/oder bevorzugt innerhalb eines magnetischen Wechselfelds.
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Zur Realisierung muss neben unzulässig hoher Erwärmung eine Störeinkopplung durch das Ladewechselfeld verhindert werden. Die Radarsensorik wird mit geeigneter Abschirmung resistent gegen den Einfluss eines Magnetfeldes, wodurch auch eine Anordnung in beschriebener Lage möglich ist. Wie unten genauer erläutert kann die Abschirmung unter anderem mittels Aluminium-, Eisen- oder Ferritummantelung erzielt werden. Allgemein können elektrisch oder magnetisch leitende Materialien verwendet werden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist diese Abschirmeinrichtung einen Abschirmkörper auf, der die Erfassungseinrichtung in einer vorgegebenen Richtung wenigstens teilweise und bevorzugt vollständig umgibt. So kann die Abschirmeinrichtung eine ringförmige Gestalt aufweisen, welche die Erfassungseinrichtung umgibt.
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Bevorzugt weist die Abschirmeinrichtung einen umlaufenden Körper auf, innerhalb dessen die Erfassungseinrichtung wenigstens teilweise angeordnet ist.
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Die hier beschriebene Abschirmung kann auf mehrere grundsätzliche Arten erfolgen.
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So ist ein Gegenwirken des magnetischen Ladefelds lokal am Ort der Radarsensorik bzw. der Erfassungseinrichtung möglich, insbesondere durch eine Selbstinduktion, welche auf dem physikalischen Gesetz nach Lenz basiert.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Abschirmeinrichtung daher elektrisch gut leitfähige Materialien wie Aluminium, Kupfer oder Eisen auf. Der Ladestrom erzeugt in der Primärspule ein Wechselmagnetfeld bestimmter Stärke.
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Daneben ist auch eine lokale Abschottung vor dem magnetischen Wechselfeld durch eine gezielte Feldlinienführung um die Erfassungseinrichtung bzw. die Radarsensorik herum möglich. Diese gezielte Feldlinienführung kann besonders mit einer definierten Anordnung von Ferriten um die Erfassungseinrichtung herum erreicht werden.
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Besonders bevorzugt weist die Abschirmeinrichtung einen Abschirmring auf. Der Ladestrom erzeugt in der Primärspule ein Wechselmagnetfeld bestimmter Stärke. Durch das genannte vorzeichenbehaftete Magnetfeld erfährt der in dem Schirmring fließende induzierte Ringstrom ebenfalls eine Vorzeichenänderung, welche insbesondere abhängig von der Frequenz des Ladefelds ist.
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Bei einer genügend hohen Frequenz bzw. aufgrund der periodischen Vorzeichenänderung dieses Stroms wird (zwischen der Primärspule und der Abschirmeinrichtung) der dynamische nicht stationäre Zustand betrachtet. Die Stromänderung bewirkt eine Änderung des magnetischen Flusses durch den Abschirmring.
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Bevorzugt ist der Abschirmring im Wesentlichen oder genau parallel zu der Primärspule angeordnet, d. h. eine von dem Ring aufgespannte Fläche ist im Wesentlichen parallel zu einer von der Primärspule aufgespannten Fläche.
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Die nach dem Induktionsgesetz entstehende Induktionsspannung versucht nach Lenz der Ursache ihrer Entstehung entgegenzuwirken. Es stellt sich bevorzugt ein periodisch wechselndes Gegenfeld ein, wobei es einen Ort einer Minimalfeldstärke und/oder einer maximalen Feldauslöschung gibt. Ebenfalls wird sich ein Gebiet definierter genügend geringer Feldstärke ergeben. Bevorzugt wird die Sensorik in diesem Bereich angeordnet.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist zwar die Abschirmeinrichtung derart ausgeführt, dass sie ein Gegenfeld produziert, welches dem Ladefeld der Primärspule entgegenwirkt und welches zumindest lokal dieses zur Auslöschung bringt.
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Besonders bevorzugt ist dieser Abschirmring derart gestaltet, dass er die Erfassungseinrichtung in deren Umfangsrichtung wenigstens teilweise und bevorzugt vollständig umgibt. Dabei kann es sich um einen kreisförmigen Ring handeln, dieser Ring kann jedoch auch andere Gestalten aufweisen, wie etwa eine ovale Gestalt, eine kantige Gestalt oder dergleichen. So wird etwa auch eine quadratische Abschirmeinrichtung, welche die Erfassungseinrichtungen in deren Umfangsrichtung umgibt, als Abschirmeinrichtung verstanden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Abschirmeinrichtung eine Querschnittsfläche auf, welche geringer ist als eine Querschnittsfläche der Primärspule.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Erfassungseinrichtung gegenüber der Primärspule in einer senkrecht zu der Spule stehenden Richtung versetzt. Besonders bevorzugt ist die Erfassungseinrichtung in einer Richtung, welche sich von der Primärspule zu der Sekundärspule erstreckt zwischen der Primärspule und der Sekundärspule angeordnet.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist auch die Abschirmeinrichtung in einer Richtung, die sich von der Primärspule zu der Sekundärspule erstreckt zwischen der Primärspule und der Sekundärspule angeordnet. Besonders bevorzugt ist jedoch die Erfassungseinrichtung oder die Abschirmeinrichtung näher an der Primärspule als an der Sekundärspule angeordnet. So könnte die Erfassungseinrichtung auch bereits auf der gleichen Höhe angeordnet sein wie die Primärspule oder in einem Abstand (über der Primärspule), der kleiner ist als 40 mm, bevorzugt kleiner als 30 mm, bevorzugt kleiner als 20 mm.
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Als eine genügend geringe Feldstärke wird diejenige Feldstärke verstanden, in der die Sensorik weder thermischen noch elektrischen Schaden erfährt.
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Wie erwähnt kann die Abschirmeinrichtung beispielsweise als insbesondere runder Ring eines bestimmten Durchmessers oder auch als Ring mit rechteckiger Leiterstruktur ausgeführt werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Abschirmeinrichtung, insbesondere der Abschirmring, jedenfalls eine Wicklung aus einem metallischen Leiter auf.
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Allgemein können Strukturen verwendet werden, die einerseits einen geschlossenen Stromkreis aufweisen und andererseits für den anzunehmenden induzierten Maximalstrom und der damit verbundenen Erwärmung ausgelegt sind. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Abschirmeinrichtung Ferritstrukturen auf. Bei einer Schirmung über eine geeignete Feldlinienführung ist es auch möglich, diese Ferritstrukturen um die Sensoreinrichtung bzw. um die Erfassungseinrichtung herum anzubringen.
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Durch die hohe magnetische Leitfähigkeit wird der magnetische Fluss vorranging innerhalb der Ferritstruktur geführt, wobei ebenfalls die Magnetfeldstärke in einem bestimmten Gebiet definiert gering gehalten werden kann.
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Da die Sensorik und/ oder deren Schirmung im Übertragungsfeld liegen, wird die magnetische Kopplung zwischen Primär- und Sekundärspule beeinflusst. Dieser Einfluss wird durch geeignete Wahl des Schirmmaterials und eine geeignete Ausführung möglichst minimal gehalten.
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Besonders bevorzugt weist die oben beschriebene Erfassungseinheit mehrere Teilelemente auf. So kann diese beispielsweise ein RF-Antennen-Frontend aufweisen und/oder einen Controller mit einer notwendigen Peripherie zur Radarsignalverarbeitung. Dieses Antennen-Frontend kann dabei Einrichtungen aufweisen, die aus einer Gruppe von Einrichtungen ausgewählt sind, welche das Radarmodul, d. h. die Sende- und die Empfangseinrichtung, Mikrokontroller, Spannungsregler, Kommunikationsschnittstellen und dergleichen enthält.
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Daneben kann auch eine Spannungsregelung vorgesehen sein und/oder auch Schnittstellen zur Datenübermittlung an eine Hauptlogik.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform gibt die Sendeeinrichtung die Strahlung kontinuierlich ab (CW). Es wäre jedoch auch möglich, dass die Sendeeinrichtung die Strahlung gepulst abgibt (fmcw - frequency modulated continuous wave).
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Die vorliegende Erfindung ist weiterhin auf ein Verfahren zum Laden von elektrisch betriebenen Einrichtungen gerichtet wobei eine Primärspule ein magnetisches Feld zu erzeugt, um elektrische Energie induktiv auf eine Sekundärspule, welche Bestandteil einer Sekundäreinheit ist und welche bevorzugt an der elektrisch betriebenen Einrichtung angeordnet ist, zu übertragen, und wobei mittels einer Erfassungseinrichtung Objekte erfasst werden.
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Erfindungsgemäß wird die Erfassungseinrichtung zum Erfassen von lebenden und/oder sich bewegenden Objekten verwendet und eine Sendeeinrichtung der Erfassungseinrichtung gibt eine Sendestrahlung aus und eine Empfangseinrichtung nimmt eine aus der Sendestrahlung resultierende Rückstrahlung aufnimmt.
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Bevorzugt werden die Objekte mittels eines Radarsensors erfasst.
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Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren wird die Erfassungseinrichtung gegenüber einem Ladefeld und insbesondere einem von der Primärspule erzeugten Ladefeld abgeschirmt.
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Weitere Vorteile und Ausführungsformen ergeben sich aus den beigefügten Zeichnungen.
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Darin zeigen:
- 1 Eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung;
- 2 Eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung der beteiligten Felder;
- 3 Eine Darstellung einer Erfassungseinrichtung mit Abschirmeinrichtung;
- 4 Eine Feldverteilung für die in 3 gezeigte Anordnung;
- 5 Eine Seitenansicht einer möglichen erfindungsgemäßen Anordnung;
- 6 Eine Draufsicht auf die in 5 gezeigte Anordnung; und
- 7a,b zwei Darstellungen zur Veranschaulichung der Funktionsweise einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Ladeanordnung 50 für ein schematisch dargestelltes Kraftfahrzeug 10. Diese Ladeanordnung weist eine Primäreinheit 42 auf, welches beispielsweise stationär an einem Hallen- oder Garagenboden angeordnet sein kann. Diese Primäreinheit weist eine Primärspule 52 auf.
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Daneben weist die Vorrichtung eine Sekundäreinheit auf, welche an dem Kraftfahrzeug und insbesondere an einer Fahrzeugunterseite angeordnet ist. Diese Sekundäreinheit weist dabei eine Sekundärspule 64 auf, auf welche induktiv Energie von der Primärspule 52 übertragen wird.
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Das Bezugszeichen 1 kennzeichnet in seiner Gesamtheit eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen von Objekten und insbesondere von sich bewegenden und/ oder lebenden Objekten. Diese Erfassungseinrichtung weist eine (im Folgenden nicht mehr genauer dargestellte) Sendeeinrichtung 2 auf, welche ein elektromagnetisches Signal bzw. elektromagnetische Strahlung aussendet, sowie eine Empfangseinrichtung, welche dazu geeignet und bestimmt ist, die Antwort auf diese Strahlung, beispielsweise zurückreflektierte oder zurückgestreute Strahlung aufzunehmen.
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Daneben weist die Erfassungseinrichtung vorteilhaft eine Zeitmesseinrichtung auf, welche eine Zeit vom Aussenden eines derartigen Signals bis zum Empfang des reflektierten Signals aufnimmt, wie an sich im Stand der Technik bekannt. Bevorzugt ist diese Sendeeinheit auch in der Lage, die Strahlung in definierten Richtungen auszugeben.
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Weiterhin kann eine Prozessoreinrichtung vorgesehen sein, welche aus den von der Empfangseinrichtung empfangenen auf einen Ort des beweglichen und oder lebenden Objekts schießt.
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Dabei kann die Empfangseinrichtung so ausgelegt sein, dass sie sämtliche Strahlung bzw. elektromagnetischen Wellen, welche von der Sekundäreinheit oder aber dem Unterboden 10a des Kraftfahrzeugs zurückreflektiert werden, empfängt. Wie oben erwähnt, könnte die besagte Erfassungseinrichtung auch an der Sekundäreinheit angeordnet sein.
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Damit ist bei der in 1 gezeigten Ausführungsform und auch bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung lediglich eine einzige Erfassungseinrichtung vorgesehen, um Fremdobjekte zu erfassen.
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Das Bezugszeichen α kennzeichnet den Öffnungswinkel der ausgesandten bzw. empfangbaren Strahlung und damit den Erfassungsbereich. Man erkennt, dass der Erfassungsbereich der Erfassungseinrichtung deutlich über die eigentliche Sekundärspule bzw. die Sekundäreinheit hinausgeht. Aus diesem Grund können auch bereits Fremdobjekte bzw. deren Bewegungen erfasst werden, die noch außerhalb des eigentlichen Ladebereichs sind.
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Das Vorsehen nur einer einzigen Erfassungseinheit 1 ist möglich, da das Ausnutzen von Reflexionen auch am Fahrzeugunterboden 10a zur 360°-Sicht ausgenutzt werden kann.
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Man erkennt weiterhin, dass die Erfassungseinrichtung mittig angeordnet ist also insbesondere mittig in Bezug auf eine Längsrichtung und eine zu der Längsrichtung senkrecht stehende Breitenrichtung der Primäreinheit und auch wie unten genauer erläutert innerhalb der eigentlichen Leistungsübertragung der Spuleneinrichtungen.
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Die Vorrichtung weist weiterhin eine (nicht gezeigte) Auswerteeinrichtung auf, welche insbesondere die von der Erfassungseinrichtung bzw. deren Empfangseinrichtung wieder aufgenommenen Strahlen erfasst. Dabei kann insbesondere über eine Laufzeitmessung festgestellt werden, wenn sich Fremdobjekte in dem Bereich zwischen den beiden Spulen aber auch darüber hinaus befinden.
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Die Sendeeinrichtung kann wie oben erwähnt permanent (CW) elektromagnetische Strahlung ausgeben. Es wäre jedoch auch möglich, dass diese Strahlung getaktet und/ oder gepulst ausgegeben wird beispielsweise in Form von modulierter Strahlung und insbesondere in Form von modulierter kontinuierlichen Strahlung fmcw (frequency modulated continous wave). Auch wäre es möglich, dass die Strahlung gezielt in mehrere Richtungen ausgegeben werden kann.
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Wie oben erwähnt, erfasst die Auswerteeinrichtung bevorzugt nicht nur das Vorhandensein von einem Objekt in dem Überwachungsbereich U , sondern darüber hinaus auch dessen Position und auch eventuell dessen Bewegung.
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2 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung der Abschirmung der Erfassungseinrichtung. Dabei ist in 2 die Spule 52 dargestellt, welche ein Ladefeld B1 ausgibt, welches letztlich den Ladestrom in der Sekundärspule 64 erzeugt. Das Bezugszeichen 14 bezieht sich auf einen Abschirmring, der Bestandteil einer Abschirmeinrichtung ist.
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Dieses Feld B1 erzeugt einen Strom 5 in der in 2 gezeigten Richtung. Dieser Strom wiederum versucht den Feldänderungen des Feldes B1 entgegenzuwirken. Das durch diesen Strom erzeugte Feld ist mit dem Bezugszeichen B2 dargestellt (durchgezogene Linien). Dieses Schirmfeld B2 wirkt dem Ladefeld entgegen. Zwischen den beiden Felder B1 und B2 stellt sich ein periodisch wechselndes Gegenfeld ein, wobei es hier zu einem Ort minimaler Feldstärke kommt bzw. einem Ort einer maximalen Feldauslöschung.
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Im Bereich dieser beiden Felder wird sich ein Gebiet mit genügend geringer Feldstärke ergeben. Innerhalb dieses Gebietes wird die Erfassungseinrichtung 1 bzw. die Sensorik angebracht. Der Abschirmring 14 ist hier als kreisrunder Ring dargestellt, es wäre jedoch auch ein Ring mit rechteckiger oder allgemein polygonaler Struktur denkbar. Auch dieser Ring kann dabei eine Spule aufweisen, in der ein Gegenfeld erzeugt werden kann.
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Man erkennt, dass die Erfassungseinrichtung vollständig von dem Abschirmring 14 umgeben ist.
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Bevorzugt ist die Erfassungseinrichtung auch in einer Höhenrichtung H, die sich von der Primäreinheit 42 zu der Sekundäreinheit 44 erstreckt, wenigstens teilweise und bevorzugt vollständig innerhalb des Abschirmrings 14 angeordnet.
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3 zeigt eine weitere Darstellung dieser Abschirmung. Dabei ist hier wiederum ein Abschirmring 14, hier jedoch in quadratischer Gestalt, dargestellt. Innerhalb dieses Rings ist die Erfassungseinrichtung 1 angeordnet. Bei der in 3 gezeigten Ausführungsform handelt es sich bei dem Abschirmring um einen Ferritmantel.
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Durch die hohe magnetische Leitfähigkeit wird der magnetische Fluss, wie in 4 gezeigt, vorranging innerhalb der Ferritstruktur des Abschirmrings geführt, wodurch ebenfalls die Magnetfeldstärke in einem bestimmten Gebiet definiert gehalten werden kann. Anders als bei dem in 2 gezeigten Prinzip kommt es also hier nicht im Wesentlichen zu einer Auslöschung von entgegengesetzten Feldern, sondern die Abschirmeinrichtung dient hier dazu, um die Feldlinien von der Erfassungseinrichtung 1 abzulenken.
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Bei der in 3 gezeigten Ausführungsform liegen die Erfassungseinrichtung und deren Schirmung 14 in dem Übertragungsfeld, sodass auch die magnetische Kopplung zwischen Primär- und Sekundärspule beeinflusst wird. Bevorzugt wird dieser Einfluss durch eine geeignete Wahl des Schirmmaterials und eine geeignete Ausführung der Abschirmung 14 minimal gehalten.
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5 zeigt eine mögliche Anordnung mit einem runden Ringschirm. Auch hier ist wieder die Primärspule 52 der Primäreinheit 42 dargestellt sowie auch die Erfassungseinrichtung 1 mit der Abschirmung 14.
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Das Bezugszeichen 11 kennzeichnet die Längsrichtung bzw. Längsachse des Kraftfahrzeugs 10. Das Bezugszeichen U kennzeichnet wiederum den Erfassungsbereich innerhalb dessen Fremdobjekte durch die Radarerfassungseinrichtung erfassbar sind und damit den oben genannten Überwachungsbereich.
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Das Bezugszeichen G kennzeichnet den Gefährdungsbereich innerhalb dessen sich keine Lebewesen aufhalten sollen. Man erkennt, dass der Überwachungsbereich über diesen Gefährdungsbereich hinausgeht. Daher kann eine (nicht gezeigte) Auswerteeinrichtung den Ort eines Fremdobjekts erfassen und auch erfassen, ob sich dieses etwa dem Gefahrenbereich nähert. In diesem Fall können Maßnahmen getroffen werden, wie etwa die Ausgabe eines Alarmsignals oder auch eine Reduzierung oder Abschaltung des Ladestroms. Dieser Gefahrenbereich könnte in einer Steuerung und/oder einer Prozessoreinrichtung der Ladeanordnung definiert sein, etwa als örtlicher Grenzwert. Bei einem Überschreiten dieses Grenzwerts könnte etwa der Ladestrom unterbrochen werden.
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6 zeigt eine Draufsicht auf die in 5 gezeigte Vorrichtung. Auch hier ist der Gefährdungsbereich erkennbar, wie auch die im Zentrum angeordnete Erfassungseinrichtung 1 mit ihrer Abschirmung 14. Man erkennt insbesondere an dieser Figur, dass im Gegensatz zum Stand der Technik lediglich eine Erfassungseinrichtung erforderlich ist. Im internen Stand der Technik der Anmelderin waren Versuche durchgeführt worden mit mehreren Erfassungseinrichtungen, die dann jedoch jeweils randseitig an der Primäreinheit angeordnet waren.
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Die 7a und 7b zeigen zwei Darstellungen zur Veranschaulichung der Objekterkennung. Dabei bezieht sich das Bezugszeichen 20 auf ein zu erkennendes Objekt. Dieses ist hier außerhalb des Bereichs der Primäreinrichtung angeordnet.
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In 7b sind einige Strahlverläufe der von der Erfassungseinrichtung ausgehenden und zu dieser zurückkehrenden Strahlung dargestellt. Man erkennt anhand des Strahlverlaufs P1 und P2, dass die von der Erfassungseinrichtung ausgehende Strahlung zunächst an der Oberfläche 10a reflektiert wird und so zu dem Objekt 20 gelangt. Von dort wird die Strahlung zurückreflektiert und gelangt so wieder über die Oberfläche 10a zu der Erfassungseinrichtung 1. Damit ist durch den relativ großen Winkel α durch die Verwendung der Reflexion an der Oberfläche 10a bzw. des Fahrzeugbodens auch eine Erfassung des Objekts 20 möglich, obwohl sich dieses noch relativ weit entfernt von der Erfassungseinrichtung 1 befindet.
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Die Anmelderin behält sich vor sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale als erfindungswesentlich zu beanspruchen, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind. Es wird weiterhin darauf hingewiesen, dass in den einzelnen Figuren auch Merkmale beschrieben wurden, welche für sich genommen vorteilhaft sein können. Der Fachmann erkennt unmittelbar, dass ein bestimmtes in einer Figur beschriebenes Merkmal auch ohne die Übernahme weiterer Merkmale aus dieser Figur vorteilhaft sein kann. Ferner erkennt der Fachmann, dass sich auch Vorteile durch eine Kombination mehrerer in einzelnen oder in unterschiedlichen Figuren gezeigter Merkmale ergeben können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Erfassungseinrichtung
- 2
- Sendeeinrichtung
- 4
- Empfangseinrichtung
- 5
- Strom
- 10
- Kraftfahrzeug
- 10a
- Unterboden des Kraftfahrzeugs
- 11
- Längsrichtung bzw. Längsachse des Kraftfahrzeugs
- 14
- Abschirmring
- 20
- Objekt
- 42
- Primäreinheit
- 44
- Sekundäreinheit
- 50
- Ladeanordnung
- 52
- Primärspule
- 64
- Sekundärspule
- B1
- Ladefeld
- B2
- Schirmfeld
- G
- Gefährdungsbereich
- α
- Öffnungswinkel
- U
- Überwachungsbereich
