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Der Gegenstand betrifft eine Ladestation für Elektrofahrzeuge, insbesondere eine stationäre Ladestation.
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Der Aufbau der Ladeinfrastruktur ist von entscheidender Bedeutung für die flächendeckende Etablierung von Elektromobilität. Dazu ist es insbesondere notwendig, in öffentlichen als auch in teilöffentlichen Räumen Ladestationen für Elektrofahrzeuge in großem Maße zu installieren. Die Ladestationen sollen sich dabei in das Straßenbild einfügen und werden daher in der Regel als Ladesäulen konzipiert.
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Ladesäulen zeichnen sich insbesondere durch eine kompakte Bauform mit einer geringen Grundfläche aus. Die Ladesäulen sind in der Regel stelenartig aufgebaut und verfügen über integrierte oder anschließbare Ladeelektronik, insbesondere in Form einer Ladeeinheit, zum Laden eines Elektrofahrzeugs. Insbesondere weisen bekannte Ladestationen in der Regel ein Gehäuse auf, um die Ladeeinheit, umfassend die Ladetechnik, aufzunehmen.
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Unter einem Elektrofahrzeug ist vorliegend ein Fahrzeug zu verstehen, das zumindest teilweise elektrisch betrieben werden kann und einen wiederaufladbaren elektrischen Speicher umfasst.
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Um die Ladezeiten an einer Ladestation zu verringern, geht der Trend zu immer höheren Ladeleistungen. Eine höhere Ladeleistung erfordert jedoch Ladekabel mit erhöhten Querschnitten. Dies wiederum erhöht dementsprechend das Gewicht der Ladekabeleinrichtungen, umfassend Ladekabel und Ladeanschluss.
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Um den Nutzerkomfort zu verbessern, weisen Ladestationen vermehrt (fest) angeschlagene Ladekabeleinrichtungen auf. Unter einer fest angeschlagenen Ladekabeleinrichtung ist zu verstehen, dass die Ladekabeleinrichtung von der Ladestation durch einen Nutzer nicht zerstörungsfrei und ohne Nutzung von Werkzeug getrennt werden kann.
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Ein stetiges Anliegen bei einer fest angeschlagenen Ladekabeleinrichtung ist es, den Verschleiß des Ladekabels zu reduzieren und damit die Langlebigkeit der Ladekabeleinrichtung zu verbessern. Neben einer guten Führung des Ladekabels innerhalb eines Gehäuses ist auch der Nutzerkomfort, insbesondere das Herausziehen und Zurückführen des Kabels relevant. Dabei soll der Verschleiß an dem Ladekabel bei einem Herausziehen und Zurückführen des Ladekabels gering sein.
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Insbesondere kann es bei einem Herauszieh- und/oder Rückführvorgang des Ladekabels durch einen Nutzer zu einem Tordieren des Ladekabels kommen.
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Daher liegt der Anmeldung die Aufgabe zugrunde, eine Ladestation zur Verfügung zu stellen, welche die Langlebigkeit einer Ladekabeleinrichtung erhöht und insbesondere gleichzeitig den Nutzerkomfort beim Betrieb der Ladestation verbessert.
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Die Aufgabe wird gegenständlich durch eine Ladestation für Elektrofahrzeuge nach Anspruch 1 gelöst. Die Ladestation ist stationär, insbesondere auf einem Bodenfundament aufgestellt und verfügt über ein angeschlagenes Ladekabel.
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Die Ladestation kann bevorzugt in Form einer Ladesäule gebildet sein. Die Ladestation kann ein Gehäuse aufweisen. In dem Gehäuse kann die Ladeeinheit zumindest teilweise integriert sein. Die Ladeeinheit umfasst insbesondere Ladetechnik, die für einen elektrischen Leistungsaustausch zwischen der Ladestation und einem Elektrofahrzeug verwendet wird. Neben Sicherheitstechnik kann die Ladeeinheit insbesondere Steuertechnik zum Steuern des Ladevorgangs, insbesondere des elektrischen Stromflusses zwischen Ladestation und Elektrofahrzeug, umfassen. Es versteht sich, dass eine Ladestation zwei oder mehr Ladeeinheiten (beispielsweise für zwei oder mehr Ladekabel) aufweisen kann.
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Das Ladekabel ist ein (fest) an der Ladestation angeschlagenes Ladekabel. Das Ladekabel kann, insbesondere in einem unbenutzten Betriebszustand, zumindest teilweise in dem Gehäuse der Ladestation aufbewahrt werden. Unter einem unbenutzten Betriebszustand ist insbesondere ein Zustand zu verstehen, in dem die Ladekabeleinrichtung nicht mit einem Elektrofahrzeug gekoppelt wird/ist.
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Um das Ladekabel mit dem Elektrofahrzeug zu koppeln, kann das Ladekabel während eines benutzten Betriebszustands aus dem Gehäuse zumindest teilweise herausgezogen und anschließend mit dem Elektrofahrzeug gekoppelt werden. In entsprechender Weise kann das Ladekabel während des benutzten Betriebszustands wieder von dem Elektrofahrzeug entkoppelt und in das Gehäuse zurückgeführt werden. Dabei kann das Ladekabel in das Gehäuse zurückgezogen werden.
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Um zu verhindern, dass sich das Kabel während des Herausziehens aus dem Gehäuse verdreht, wird vorgeschlagen, dass das Ladekabel einen Querschnitt mit zumindest einem sich radial weiter nach außen erstreckenden Bereich und zumindest einem sich radial weniger weit nach außen erstreckenden Bereich aufweist. Der Umfang des Ladekabels kann in zumindest zwei Winkelabschnitte unterteilt sein, wobei in zumindest einem ersten Winkelabschnitt der Radius größer ist als in zumindest einem zweiten Winkelabschnitt.
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Das Ladekabel kann profiliert mit einem nicht runden Querschnitt geformt sein, was verhindert, dass sich das Ladekabel während des Herausziehens aus dem Gehäuse der Ladestation verdreht. Mit Hilfe des profilierten Querschnittes ist es möglich, eine Verdrillung zu verhindern.
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Der Querschnitt des Ladekabels verläuft bevorzugt in einer Ebene senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Ladekabels.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass der Querschnitt des Ladekabels eine einzählige oder mehrzählige axiale Symmetrie aufweist. Eine Symmetrieachse kann einen sich radial weiter nach außen erstreckenden Bereich in zwei zueinander symmetrische Bereiche aufteilen. Durch eine mehrzählige axiale Symmetrie kann das Ladekabel entlang seines Umfangs an mehreren Stellen radial weiter nach außen weisende Bereich aufweisen, an denen das Ladekabel geführt werden kann, was zu einer guten Verhinderung eines Verdrillens führt.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass der Querschnitt des Ladekabels eckig, insbesondere mehreckig ist. Ein solches, nicht rundes Ladekabel, lässt sich in einer Führung führen, durch die ein Verdrillen des Ladekabels verhindern wird.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass eine Umrissform des Querschnitts des Ladekabels im Wesentlichen hypozykloid oder epizykloid ist. Durch eine solche Gestaltung des Querschnitts bilden sich radial weiter nach außen erstreckende Bereiche und radial weniger weit nach außen erstreckende Bereiche.
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Die sich weiter nach außen erstreckende Bereiche können zwischen zwei Führungsschienen geformt sein. Auch kann eine Führungsschiene in einen weniger weit nach außen erstreckenden Bereich eingreifen und somit ein Verdrillen des Kabels verhindern.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, ein sich radial weiter nach außen erstreckender Bereich eckig gebildet ist und dass ein sich weniger weit nach außen erstreckender Bereich rund gebildet ist. Ein Winkelabschnitt entlang des Umfangs des Ladekabels hat somit eine eckige Kontur. Im Bereich des sich radial weniger weit nach außen erstreckenden Bereiches kann das Ladekabel eine im Wesentlichen runde Kontur haben.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass das Ladekabel ein zu den den Querschnitt aufspannenden Achsen nicht symmetrisches Flächenträgheitsmoment aufweist. Die Achsen x und y spannen den Querschnitt auf und die z-Achse kann in Richtung der Längsausdehnung des Kabels verlaufen. Das Flächenträgheitsmoment zur y-Achse kann anders sein als das Flächenträgheitsmoment zur x-Achse.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass das Ladekabel aus einer Kabelseele und einer Isolation gebildet ist. Insbesondere die Isolation bildet den profilierten Querschnitt, wie oben beschrieben. Daher wird vorgeschlagen, dass die Isolation den Querschnitt mit dem zumindest einen sich radial weiter nach außen erstreckenden und dem zumindest einen sich radial weniger weit nach außen erstreckenden Bereich bildet. Die Isolation ist insbesondere aus einem elektrischen Isolationsmaterial gebildet und kann im Rahmen eines Extrusionsprozesses auf die Kabelseele aufgebracht werden. Der Extrusionskopf kann so geformt sein, dass er dem Querschnitt des Kabels entspricht, so dass während des Extrudierens der beschriebene Querschnitt bereits gebildet wird.
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Im Gegensatz zur Isolation ist die Kabelseele bevorzugt rund, aus einem Vollmaterial. Insbesondere ist die Kabelseele aus einer Litzenleitung gebildet. Auch kann die Kabelseele rechteckig oder ellipsoid sein.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass in dem Gehäuse eine Öffnung angeordnet ist, dass das Ladekabel durch die Öffnung aus dem Gehäuse herausgeführt ist und dass die Öffnung eine zu dem Querschnitt des Ladekabels geometrisch ähnlichen Querschnitt aufweist. Dies führt dazu, dass das Ladekabel mit dem profilierten Querschnitt in der Öffnung geführt ist und ein Verdrillen verhindert wird. Im Bereich der Öffnung, insbesondere im Inneren des Gehäuses, können zumindest zwei Führungsschienen angeordnet sein, zwischen denen zumindest einer der sich radial weiter nach außen erstreckenden Bereiche geführt ist. Dies verhindert ein Verdrillen des Ladekabels, wenn es aus dem Gehäuse heraus gezogen wird oder in das Gehäuse zurückgezogen wird.
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Auch wird vorgeschlagen, dass der zumindest eine sich radial weiter nach außen erstreckende Bereich an einer Führungsschiene oder einer Führungsrolle, insbesondere zwischen zwei Führungsschienen oder Führungsrollen geführt ist. Es können Führungsschienen oder Führungsrollen kumulativ oder alternativ verwendet werden. Die Führungsrollen verringern den Widerstand, den das Ladekabel beim Herausziehen aus dem Gehäuse erfährt.
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Zwischen zumindest zwei der Führungsrollen kann zumindest einer der sich radial weiter nach außen erstreckenden Bereiche klemmend geführt sein. Dies stellt sicher, dass das Verdrillen des Ladekabels verhindert wird.
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Eine besonders geringe Reibung des Ladekabels an den Führungsrollen ergibt sich dann, wenn die Führungsrolle eine ebene oder konvexe Laufflächen aufweisen. Die Lauffläche kann parallel zu der Drehachse der Führungsrolle gerade oder konvex nach außen gebogen geformt sein.
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Eine Unterstützung des Herausziehens oder Hereinziehens des Ladekabels in das Gehäuse kann dadurch bewirkt werden, dass die Führungsrollen motorisch und/oder federbelastet das Ladekabel antreiben.
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Innerhalb des Gehäuses kann das Ladekabel an einer Ablage angeordnet sein. Die Ablage kann durch ein Umlenkrollensystem oder durch eine freie Ablage am Boden des Gehäuses gebildet sein.
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Ausgehend von der Ablage kann das Ladekabel über Führungsrollen und eine Öffnung in dem Gehäuse aus der Ladestation herausgeführt sein. Das Ladekabel kann entlang der Führungsrollen geführt sein. Das Ladekabel liegt an den Führungsrollen über einen Winkelabschnitt von bevorzugt kleiner 15°, insbesondere kleiner 10°, besonders bevorzugt kleiner 2° auf. Die Führungsrollen können im Sinne eines Aus- und Abrollers, welcher das Kabel nicht umlenkt, sondern lediglich in einer geraden Bewegung führt, verstanden werden. Biegewinkel, die an den Führungsrollen auftreten, liegen insbesondere unter 15° kleiner 10° oder sogar kleiner als 2°.
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Zumindest zwei der Führungsrollen nehmen das Ladekabel gemäß einem Ausführungsbeispiel klemmend auf. Das Ladekabel kann mechanisch in Rollen der Führung eingeklemmt sein. Dadurch können die Rollen eine Kraft auf das Ladekabel in Richtung der Längsausdehnung des Ladekabels ausüben. Durch das Klemmen ist es möglich, das Herein- und Herausführen des Ladekabels aus der Ablage durch die Führung mechanisch zu unterstützen.
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Um zusätzliche Reibung an den Führungsrollen zu vermeiden, was zu einer vereinfachten Handhabung führt, wird vorgeschlagen, dass die Führungsrollen ohne geometrische Führung des Ladekabels gebildet sind. Anders als bei herkömmlichen Rollensystemen, bei denen die Rollen in ihrem Profil an zumindest einen Teilquerschnitt des Ladekabels angepasst sind, ist dies bei den gegenständlichen Rollen nicht der Fall. Die Führungsrollen sind nicht angepasst an den Querschnitt des Ladekabels profiliert.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die Führungsrollen ebene oder konvexe Laufflächen aufweisen und das Kabel zwischen den Führungsrollen geführt ist. Durch die ebenen oder konvexen Laufflächen wird die Berührfläche zwischen dem Ladekabel und der jeweiligen Rolle reduziert. Das führt dazu, dass die Mantelfläche des Ladekabels nur minimal beansprucht wird. Die Lauffläche kann parallel zu der Drehachse der Führungsrolle gerade oder konvex nach außen gebogen geformt sein.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die Führungsrollen aus zwei einander gegenüber liegenden Rollen mit parallelen Drehachsen gebildet sind und dass das Ladekabel zwischen den Führungsrollen geführt ist. Die Führungsrollen unterstützen somit die Bewegung des Ladekabels aus der Ablage heraus und in die Ablage hinein.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die Führungsrollen das Ladekabel motorisch und/oder federbelastet antreiben. Eine Torsionsfeder kann an einer der Führungsrollen angeordnet sein. Beim Herausziehen des Ladekabels aus der Ablage entlang der Führungsrollen wird die Torsionsfeder gespannt. Beim Hereinziehen unterstützt die gespannte Feder den Vorgang des Hereinziehens, indem die in der Feder gespeicherte Energie zum Transport des Ladekabels eingesetzt wird. Bei einer motorischen Unterstützung kann an einer Achse zumindest einer der Führungsrollen ein Motor angeordnet sein. Dieser Motor kann mit einem Drehmomentsensor versehen sein. Dadurch kann der Motor abhängig von der Kraft, mit der das Kabel aus dem Gehäuse gezogen wird, den Vorgang unterstützen. Der Motor treibt die Führungsrollen motorisch an, wobei die Drehrichtung abhängig davon ist, ob das Ladekabel aus dem Gehäuse heraus gezogen wird oder zurück in die Ablage geführt wird.
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Nachfolgend wird der Gegenstand anhand einer Ausführungsbeispiele zeigenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
- 1 eine Ladestation mit einem Ladekabel;
- 2 eine Ansicht eines Gehäuses mit einer Öffnung;
- 3a-f verschiedene Querschnitte von Ladekabeln;
- 4 Führungsrollen an einem Ladekabel;
- 5a, b Führungsschienen an einem Ladekabel.
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1 zeigt eine Ladestation 2 mit einem Gehäuse 4 und einem aus dem Gehäuse herausgeführten Ladekabel 6. Das Ladekabel 6 wird durch eine Öffnung 8 aus dem Gehäuse 4 der Ladestation 2 herausgeführt. Dabei kann das Ladekabel 6 in das Gehäuse 4 hineingeführt werden und aus dem Gehäuse 4 herausgezogen werden. Die Ladestation 2 ist mit ihrem Gehäuse 4 auf einem Bodenfundament 10 aufgesetzt. Das Bodenfundament 10 ist im Tiefbau in den Boden eingelassen und schließt mit der Geländeoberkante ab. Auf das Bodenfundament 10 wird das Gehäuse 4 der Ladestation 2 aufgesetzt und dort fixiert.
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Möchte ein Nutzer sein Fahrzeug 12 laden, so kann er das Ladekabel 6 aus dem Gehäuse 4 herausziehen. Anschließend kann er das Ladekabel 6 mit einem entsprechenden Stecker an dem Fahrzeug 12 anschließen. Zum Ende des Ladevorgangs kann der Nutzer das Ladekabel 6 von dem Fahrzeug 12 lösen. Das Ladekabel 6 wird dann, bevorzugt durch einen Antrieb unterstützt, zurück in das Gehäuse 4 gezogen. Das Ladekabel 6 wird zwischen zwei Ladevorgängen somit innerhalb des Gehäuses 4 gelagert.
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Das Ladekabel 6 ist fest an der Ladestation 2 angeschlagen und innerhalb der Ladestation elektrisch mit einer Ladeeinheit 14 verbunden. Die Ladeeinheit 14 übernimmt die Steuerung des Ladevorgangs in einer an sich bekannten Weise.
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2 zeigt eine Seitenansicht einer Ladestation 2. Das Gehäuse 4 der Ladestation 2 weist die Öffnung 8 auf. Zu erkennen ist, dass die Öffnung 8 profiliert ist und zwar mit vier weiter nach außen ragenden Bereichen und vier weniger weit nach außen ragenden Bereichen. Die Öffnung 8 kann entsprechend der Profilierung des Ladekabels 6, wie es nachfolgend beschrieben wird, profiliert sein. Dadurch ist die Öffnung 8 geometrisch ähnlich zu dem Querschnitt des Ladekabels 6. Eine solche Form der Öffnung 8 führt dazu, dass das Ladekabel 6 durch die Öffnung 8 geführt werden kann und dabei gleichzeitig ein Verdrillen des Ladekabels 6 verhindert sein kann.
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3a zeigt ein Ladekabel 6 mit einer Isolation 6a und einer Kabelseele 6b. Zu erkennen ist, dass im Querschnitt des Ladekabels 6 ein erster Bereich 6' radial weiter nach außen ragt, als ein zweiter Bereich 6". Der Bereich 6' ist finnenförmig und insbesondere endseitig eckig gebildet, wohingegen der Bereich 6" rund ist.
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3b zeigt ein Ladekabel 6 mit einer zweiachsigen Symmetrie und einem hypozykloiden Querschnitt mit vier weiter nach außen Bereichen 6' und vier weniger weit nach außen ragenden Bereichen 6".
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3c zeigt ein Ladekabel 6 mit einem kreuzförmigen Querschnitt mit ebenfalls vier weiter nach außen ragenden Bereichen 6' und vier weniger weit nach außen ragenden Bereichen 6".
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Die radiale Auskragung der Bereiche 6', 6" bestimmt sich insbesondere ausgehend vom Mittelpunkt des Kabels 6, insbesondere vom Mittelpunkt der Kabelseele 6b.
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3d zeigt ein Ladekabel 6 mit einer dreiachsigen Symmetrie, bei der Symmetrieachsen jeweils entlang der Ausbreitungsrichtung einer weiter nach außen weisenden Bereichs 6' verlaufen.
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3e zeigt ein Ladekabel 6 mit einem epizykloiden Querschnitt und 3f zeigt ein Ladekabel 6 mit einem eckigen Querschnitt, wobei die Kabelseele 6b ebenfalls als Flachleiter gebildet ist.
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Um das Ladekabel 6 in dem Gehäuse 4 zu führen, können, wie in 4 gezeigt, Führungsrollen 18 vorgesehen sein. Die Führungsrollen 18 können so angeordnet sein, dass diese die radial weiter nach außen ragenden Bereiche 6' klemmend aufnehmen. Insbesondere müssen nicht alle radial weiter nach außen ragende Bereiche 6' klemmend aufgenommen werden.
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5a zeigt eine Seitenansicht einer Führungsschiene 20. Die Führungsschiene 20 ist so angeordnet, dass der radial weiter nach außen ragende Bereich 6' des Ladekabels 6 im Bereich der Führungsschiene 20 angeordnet ist. In einer Schnittansicht gemäß 5b ist zu erkennen, dass zwei Führungsschienen 20 den radial weiter nach außen ragenden Bereich 6' aufnehmen, wohingegen der weniger weit nach außen ragenden Bereich 6" des Ladekabels 6 unterhalb der Führungsschiene 20 geführt ist.
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Die Führungsschiene 20 sowie die Führungsrollen 18 verhindert ein Verdrillen des Ladekabels 6 innerhalb des Gehäuses 4.
