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Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Positionierung einer Einrichtung zur Bewirkung eines elektrischen Effekts, insbesondere zur induktiven Ladung eines zur induktiven Ladung eingerichteten Gegenstands, wie zum Beispiel einer Batterie eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Kanalsystem, umfassend wenigstens ein erfindungsgemäßes System zur Positionierung einer Einrichtung, sowie ein Verfahren zur Ladung eines zur induktiven Ladung eingerichteten Gegenstands.
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Bei der zunehmend geforderten Elektrifizierung von Antriebsystemen bzw. Kraftfahrzeugen zur Verringerung der Umweltbelastungen und/oder zur Ermöglichung autonomer Fahrbetriebe ist es notwendig, auf elektrische Eigenschaften derartiger Fahrzeuge Einfluss nehmen zu können. Dabei steht insbesondere das elektrische Laden im Vordergrund, um in einfacher und unkomplizierter Weise den Ladungszustand von Batterien bzw. Akkumulatoren derartiger Fahrzeuge zu erhöhen.
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Dies betrifft nicht nur Personenkraftwagen, sondern auch Regalbediengeräte bzw. Flurförderfahrzeuge bzw. Lagersysteme, die elektrisch betriebene Fahrzeuge umfassen, welche Transportvorgänge zwischen einzelnen Lagerplätzen vornehmen.
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Insbesondere in derartigen Lagersystemen wird zur Vermeidung von Stillstandszeiten gefordert, dass derartige Vorgänge möglichst automatisch und ohne Durchführung weiterer manueller oder auch automatisierter Handlungen vorgenommen werden können. Dafür bietet sich insbesondere das Laden von Batterien von Fahrzeugen über Induktion an. Zur induktiven Ladung sind jedoch die Fahrzeuge mit ihren Batterien zwingend in unmittelbarer Nähe der Ladestationen zu positionieren. Die Einrichtung derartiger Ladestationen benötigt allerdings einen gewissen Anteil an der Verkehrsfläche und schränkt diese demzufolge ein. In den üblichen Ladestationen bzw. an den üblichen Plätzen ist lediglich Ladung durchführbar, ohne die Verweilzeit des Fahrzeugs in der Ladestation anderweitig nutzen zu können.
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Bei Integration von Ladestationen in Verkehrswege besteht die Anforderung der geringen mechanischen Belastung der Ladeeinrichtungen durch fahrende Fahrzeuge, da ansonsten mit einem unwirtschaftlich hohen Verschleiß der Ladeeinrichtungen zu rechnen ist.
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Die
DE 10 2015 104 858 A1 offenbart eine Vorrichtung zum berührungslosen Laden eines elektrischen Energiespeichermittels eines Kraftfahrzeugs, umfassend mindestens eine Primärspule, die an ein elektrisches Stromversorgungsnetz anschließbar ist, sowie ein Bodengehäuse, innerhalb dessen die Primärspule angeordnet ist, wobei die Vorrichtung so ausgebildet ist, dass die Primärspule im Betrieb von einem Wechselstrom durchflossen werden kann und ein magnetisches Wechselfeld erzeugen kann, das in einer fahrzeugseitigen, durch einen Luftspalt von der Primärspule getrennten Sekundärspule eine elektrische Wechselspannung induzieren kann, aus der ein zeitlich veränderlicher Stromfluss resultiert, der mittels eines fahrzeugseitig vorgesehenen Gleichrichtermittels in einen Gleichstrom zum Aufladen des an das Gleichrichtermittel angeschlossenen elektrischen Energiespeichermittels wandelbar ist, wobei die mindestens eine Primärspule unter Einwirkung einer äußeren Druckkraft mechanisch nachgebend an das Bodengehäuse angebunden ist.
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Der
US 9 660 487 B1 ist ein drahtloses Energieübertragungssystem mit automatischer Positionierung entnehmbar, mit dem ein Objekt drahtlos mit Energie versorgt werden kann, und das auch in der Lage ist, drahtlos Energie von einem Objekt zu gewinnen. Das Energieübertragungssystem besteht aus einem mobilen Gehäuse, das so konfiguriert ist, dass es sich autonom um das Objekt bewegt, und hat einen neigbaren Transceiver. Das mobile Gehäuse kann über ein Kabel mit einer Basisstation verbunden sein oder nicht physisch mit einer Basisstation verbunden sein.
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Der vorliegenden Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, ein System zur Positionierung einer Einrichtung zur Bewirkung eines elektrischen Effekts, ein damit ausgestattetes Kanalsystem sowie ein Verfahren zur Ladung eines zur induktiven Ladung eingerichteten Gegenstands zur Verfügung zu stellen, mit denen in einfacher sowie verschleißarmer Weise die Beeinflussung einer elektrischen Eigenschaft eines dafür eingerichteten Gegenstandes aus einem Boden heraus, insbesondere die Ladung einer Batterie eines Fahrzeugs, möglich ist.
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Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße System zur Positionierung einer Einrichtung nach Anspruch 1 sowie durch ein entsprechendes Kanalsystem nach Anspruch 9 und durch ein Verfahren zur Ladung eines zur induktiven Ladung eingerichteten Gegenstands nach Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Systems zur Positionierung einer Einrichtung sind in den Unteransprüchen 2-8 angegeben.
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Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung ist somit ein System zur Positionierung einer Einrichtung zur Bewirkung eines elektrischen Effekts, insbesondere zur induktiven Ladung eines zur induktiven Ladung eingerichteten Gegenstands, wie zum Beispiel einer Batterie eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs. Dieses System umfasst eine Nivelliereinheit zur Anordnung in einem Boden, insbesondere in einem Fußboden, wobei die Nivelliereinheit höhenverstellbar ausgestaltet ist, sodass die Neigung und/oder Höhenposition ihrer Oberseite in Bezug zu einer Aufstellungsfläche auf der Bodenoberseite einstellbar ist. Des weiteren umfasst das System eine Trägereinrichtung, die an oder in der Nivelliereinheit mechanisch befestigt ist; sowie eine elektrische Einrichtung, wobei die elektrische Einrichtung von der Trägereinrichtung in senkrechter Richtung abgestützt ist.
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Die senkrechte Richtung ist dabei definiert bei bestimmungsgemäßer Anordnung des erfindungsgemäßen Systems zur Positionierung einer Einrichtung in einem Boden-Aufbau, sodass die Nivelliereinheit unter der elektrischen Einrichtung angeordnet ist und die Gewichtskraft der elektrischen Einrichtung und gegebenenfalls einer weiteren, auf die elektrische Einrichtung wirkenden Gewichtskraft, auf bzw. von der elektrischen Einrichtung abgestützt werden kann.
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Die Aufstellungsfläche ist die Fläche des Boden-Aufbaus, die die Oberseite des Bodens ausbildet, und auf der ein Gerät, wie zum Beispiel ein Fahrzeug, über dem erfindungsgemäßen System zur Positionierung aufgestellt werden kann, um elektrisch beeinflusst zu werden, insbesondere, um geladen zu werden.
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Mittels der Nivelliereinheit ist die Position und/oder Ausrichtung der elektrischen Einrichtung derart einstellbar, dass eine Seite der elektrischen Einrichtung flächig mit der Oberfläche des Bodens, in dem die Nivelliereinheit aufgenommen ist, abschließen kann.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass die elektrische Einrichtung auf der Trägereinrichtung aufliegt.
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Die Nivelliereinheit sollte einstellbare Füße aufweisen, welche Schraubbolzen mit Endbereichen zur Abstützung auf einem Untergrund im Boden umfassen, wobei Außengewinde der Schraubbolzen mit Innengewinden an einem Gestell der Nivelliereinheit in Wirkverbindung stehen, sodass durch Schraubbewegung der Schraubbolzen der Abstand der Endbereiche zur Trägereinrichtung einstellbar ist. Damit ist die Höhenposition und/ oder die Ausrichtung der elektrischen Einrichtung in Bezug zum Untergrund und demzufolge auch zur Oberfläche eines zum Untergrund fest angeordneten Bodenoberseite einstellbar. Das Gestell der Nivelliereinheit kann insbesondere im Wesentlichen als Rahmen aus Blechelementen ausgebildet sein.
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Bestandteil der Trägereinrichtung kann weiterhin eine Kassette sein, die zur formschlüssigen Aufnahme der elektrischen Einrichtung zumindest am seitlichen Rand der elektrischen Einrichtung dient. Entsprechend ist hier vorgesehen, dass bei einer im Wesentlichen zweidimensionalen Erstreckung der elektrischen Einrichtung diese an ihrem Randbereich von der Kassette umfasst ist. Des Weiteren wird dadurch die elektrische Einrichtung geschützt.
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Die Trägereinrichtung kann außerdem eine Trägerplatte umfassen, die die elektrische Einrichtung in senkrechter Richtung abstützt. Die Trägerplatte hat ein zentrales Loch bzw. Öffnung, zur Durchführung von Leitungen zur Ladeeinheit.
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In alternativer oder auch zusätzlicher Ausgestaltung hat die Trägereinrichtung an der Kassette einen Rahmen, der die elektrische Einrichtung von unten, also in senkrechter Richtung, zumindest bereichsweise abstützt
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Insbesondere ist vorgesehen, dass die elektrische Einrichtung eine Ladeeinheit zur induktiven Ladung einer Batterie bzw. eines Akkumulators ist. Gegebenenfalls ist diese Ladeeinheit auch zur Resonanz-induktiven Ladung ausgestaltet.
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Die Ladeeinheit kann dabei eine Spule aufweisen, die in einem Material eingebettet ist, welches eine Druckfestigkeit von wenigstens 15 N/mm2, insbesondere wenigstens 20 N/mm2, bevorzugt mehr als 25 N/mm2 aufweist. Dieses Material kann auch als Hochleistungskunststoff bezeichnet werden. Elektrische Anschlüsse der Spule sind vorzugsweise als Kabel ausgeführt und führen aus dem einbettenden Material heraus. In einer Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das die Spule einbettende Material in die Kassette eingegossen ist.
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In alternativer Ausführungsform ist die elektrische Einrichtung bzw. eine Ladeeinheit eine einzeln handhabbare Einheit, welche als Modul auf oder in die Trägereinrichtung legbar ist.
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Entsprechend ist in dieser Ausgestaltung vorgesehen, dass bei der Montage nicht die Spule mit einem die Spule bereits umgebenden Material in eine Trägereinrichtung bzw. Kassette eingesetzt wird, sondern dass die Spule in eine Kassette eingelegt wird und dann von fließfähigem Material umgossen und eingeschlossen wird, so dass die Spule nach Aushärtung bzw. Verfestigung dieses Materials in dem Material eingebettet ist.
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Weiterhin kann das System zur Positionierung einer Einrichtung zur Steuerung der elektrischen Einrichtung eine Steuereinheit aufweisen, die an oder in der Nivelliereinheit mechanisch befestigt ist. In alternativer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Steuereinheit ebenfalls in dem die Spule einbettenden Material eingebettet ist.
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Zum Schutz gegen mechanische, chemische oder auch thermische Beschädigung der elektrischen Einrichtung kann das System zur Positionierung einer Einrichtung des Weiteren einen Deckel auf der elektrischen Einrichtung an derer der Nivelliereinheit gegenüberliegenden Seite umfassen.
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Dieser Deckel kann auch dazu eingerichtet sein, um eine optische Anpassung der Oberseite des Systems zur Positionierung einer Einrichtung an die Bodenoberfläche in der Umgebung des Systems zur Positionierung einer Einrichtung realisieren. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Deckel bzw. das Material des Deckels, eine höhere Streckgrenze Re aufweist als die elektrische Einrichtung, ggf. realisiert aus einer Spule und einem die Spule einbettenden Material. Der Deckel kann dabei auf der Trägereinrichtung aufliegen, und/ oder auf dem die Spule einbettenden Material, und sich jeweils dort abstützen. Dadurch ist ebenfalls ein Schutz der elektrischen Einrichtung vor mechanischer Beschädigung gewährleistet.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Kanalsystem zum Einbau in einen Boden, insbesondere in einem Fußboden, und zur Aufnahme wenigstens einer elektrischen Leitung, umfassend an wenigstens einer Position eines vom Kanalsystem ausgebildeten Kanals ein erfindungsgemäßes System zur Positionierung einer Einrichtung.
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Ein Kanal ist dabei ein länglicher Raum zur Anordnung von Leitungen, insbesondere elektrischen Leitungen und ggf. Steuerungsleitungen.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Bodenaufbau, insbesondere ein Aufbau eines Fußbodens eines Gebäudes, umfassend zumindest ein erfindungsgemäßes System zur Positionierung einer Einrichtung und/ oder ein erfindungsgemäßes Kanalsystem.
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Zudem wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Ladung eines zur induktiven Ladung eingerichteten Gegenstands, wie zum Beispiel einer Batterie eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs, zur Verfügung gestellt, bei dem der zur induktiven Ladung eingerichtete Gegenstand in der Umgebung eines erfindungsgemäßen Systems zur Positionierung einer Einrichtung oder eines erfindungsgemäßen Kanalsystems, insbesondere darüber, angeordnet wird und induktiv geladen wird.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist die Verwendung eines Systems zur Positionierung einer erfindungsgemäßen Einrichtung und/ oder eines erfindungsgemäßen Kanalsystems zur Ladung eines zur induktiven Ladung eingerichteten Gegenstands, wie zum Beispiel einer Batterie eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs.
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Die vorliegende Erfindung wird im folgenden anhand der in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.
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Es zeigen
- 1: ein erfindungsgemäßes System zur Positionierung einer Einrichtung in Explosionsdarstellung,
- 2: ein erfindungsgemäßes System zur Positionierung einer Einrichtung im eingebauten Zustand in Schnittansicht von der Seite,
- 3: ein erfindungsgemäßes Kanalsystem in Schnittansicht von der Seite,
- 4: eine erste Ausführungsform hinsichtlich der Anordnung einer Steuereinheit,
- 5: eine zweite Ausführungsform hinsichtlich der Anordnung einer Steuereinheit,
- 6: den Aufbau der elektrischen Einrichtung in einer 1. perspektivischen Explosionsdarstellung, und
- 7: den Aufbau der elektrischen Einrichtung in einer 2. perspektivischen Explosionsdarstellung.
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Das erfindungsgemäße System zur Positionierung einer Einrichtung 1 in seinem generellen Aufbau ist in 1 gezeigt. Es umfasst eine Nivelliereinheit 10, die im Wesentlichen aus einem Gestell 11 bzw. Rahmen ausgebildet ist, an dessen vier Ecken jeweils ein Fuß 20 angeordnet ist.
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Ein jeweiliger Fuß 20 umfasst einen Schraubbolzen 30, der in senkrechter Richtung 110 angeordnet ist. Der Endbereich 32 eines jeweiligen Schraubbolzens 30 ragt nach unten von dem Gestell 11 weg. Entsprechend ist die Nivelliereinheit 10 dazu eingerichtet, durch Verdrehung der Schraubbolzen 30 in ihrer Höhe und/oder ihrer Neigung eingestellt zu werden. Oberhalb der Nivelliereinheit 10 stützt sich auf dieser eine Trägereinrichtung 40 ab, die in der hier dargestellten Ausführungsform eine Kassette 41 umfasst. Die Kassette 41 ist durch einen Rahmen 44 ausgebildet, der zur seitlichen Umfassung und demzufolge Aufnahme eines flachen Behälters 45 dient.
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Weiterhin ist das hier dargestellte Ausführungsbeispiel derart ausgeführt, dass in dem Behälter 45 eine Trägerplatte 42 angeordnet ist. Auf der Trägerplatte 42 und seitlich umschlossen vom Rand des Behälters 45 ist eine elektrische Einrichtung 50 angeordnet, die insbesondere eine Ladeeinheit bzw. eine Ladespule umfassen kann zur induktiven Ladung einer in der Umgebung des Systems zur Positionierung einer Einrichtung 1 angeordneten Batterie.
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Die Gewichtskraft der elektrischen Einrichtung 50 sowie auch eine gegebenenfalls auf die elektrische Einrichtung senkrecht wirkende Kraft kann somit von der elektrischen Einrichtung 50 auf die Trägerplatte 42 geleitet und von dieser abgestützt werden. Entsprechend können auch in die elektrische Einrichtung 50 eingeleitete Biegemomente von der Trägerplatte 42 aufgenommen werden. Somit wird einer unzulässigen Verformung der elektrischen Einrichtung 50 vorgebeugt.
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Des Weiteren wird formschlüssig eine Fixierung der elektrischen Einrichtung 50 durch Umfassung des seitlichen Randes der elektrischen Einrichtung 51 durch den Rand des Behälters 45 realisiert. Gleichzeitig wird dabei eine am seitlichen Rand der elektrischen Einrichtung 51 angeordnete Kommunikationsschnittstelle 63 mechanisch geschützt.
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In der vorliegenden Darstellung ist bei Ausgestaltung der elektrischen Einrichtung 50 als Ladeeinheit lediglich das die Oberfläche der elektrischen Einrichtung 50 ausbildende und eine in der elektrischen Einrichtung 50 (hier nicht dargestellte) angeordnete Spule einbettende Material 62 erkennbar.
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2 zeigt die Anordnung des erfindungsgemäßen Systems zur Positionierung einer Einrichtung 1 in einem Boden 100. Ersichtlich ist hier, dass sich die Nivelliereinheit 10 auf einem Untergrund 101 mit ihren Füßen 20 bzw. den Endbereichen 32 der Schraubbolzen 30 abstützt. Weiterhin erkennbar ist, dass ein jeweiliger Schraubbolzen 30 mit seinem Außengewinde 33 in einem entsprechend ausgebildeten Innengewinde 21 eines jeweiligen Fußes 20 angeordnet ist.
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Durch Einleitung eines Drehmoments, insbesondere mittels eines Schraubendrehers an einem Schlitz 31 im Endbereich eines jeweiligen Schraubbolzen 30 lässt sich somit der Schraubbolzen 30 verdrehen und entsprechend der Abstand der Oberseite 12 der Nivelliereinheit 10 in Bezug zum Untergrund 101 und demzufolge auch in Bezug zur Bodenoberseite 102, die als Ausstellungsfläche für einen elektrisch zu beeinflussenden Gegenstand, wie zum Beispiel eines elektrisch zu ladenden Fahrzeugs, dient, in senkrechter Richtung 110 einstellen. Zu diesem Zweck befindet sich im Boden 101 ein Bodeneinsatz 2, der einen entsprechenden Raum für das erfindungsgemäße System zur Positionierung einer Einrichtung 1 freihält.
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Die Oberseite der elektrischen Einrichtung 50, die gegebenenfalls auch noch durch einen hier angedeuteten Deckel 80 abgedeckt sein kann, kann mittels der Nivelliereinheit 10 bündig zur Oberseite 102 des Bodens 100 eingestellt werden, so dass keine Kanten in Boden 100 entstehen und somit keine Beaufschlagung durch seitliche Impulse auf die elektrische Einrichtung 50 durch überfahrende Fahrzeuge zu befürchten sind.
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3 zeigt ein erfindungsgemäßes Kanalsystem 120, in welchem ein Kanal 121 zur Aufnahme wenigstens einer elektrischen Leitung 122 ausgebildet ist. Im Kanal 121 sind ein System zur Positionierung einer Einrichtung 1 gemäß der zu 2 beschriebenen Ausführungsform angeordnet, und beabstandet dazu eine weitere Nivelliereinheit 10. Ersichtlich ist, dass innerhalb der weiteren Nivelliereinheit 10 eine Steuereinheit 70 angeordnet ist, mit der über die elektrische Leitung 122, durch eine zentrale Öffnung 43 in der Trägerplatte 42 hindurchführend, die elektrische Einrichtung 50 des System zur Positionierung einer Einrichtung 1 steuerbar ist.
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Oberhalb dieser Steuereinheit 70 ist jedoch lediglich eine Abdeckung 90 angeordnet, welche zwar auch mittels der weiteren Nivelliereinheit 10 in Höhe und/oder Winkel zur Bodenoberseite 102 einstellbar ist, jedoch keine elektrische Wirkung erzielt. Der Vorteil dieser Ausgestaltungsform liegt darin, dass die Abdeckung 90 entfernt werden kann, um die Steuereinheit 70 mechanisch zu erreichen.
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Die 4 und 5 zeigen weitere alternative Ausführungsformen der Anordnung der Steuereinheit 70. In 4 ist dabei eine Anordnung der Steuereinheit 70 neben der elektrischen Einrichtung 50 und demzufolge bündig mit der Bodenoberseite 102 dargestellt.
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5 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Steuereinheit 70 unterhalb der elektrischen Einrichtung 50 und demzufolge im von der Nivelliereinheit 10 umgrenzten Raum angeordnet ist.
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6 und 7 zeigen in unterschiedlichen perspektivischen Explosionsdarstellungen den Aufbau der als Ladeeinheit ausgestalteten elektrischen Einrichtung 50.
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Es ist hier ersichtlich, dass in einem flachen Behälter 45 einer Kassette 41 eine Trägerplatte 42 aufgenommen ist. In dem vom Behälter 45 abgegrenzten Raum befindet sich eine Spule 60, die in einem einbettenden Material 62 eingebettet ist. Elektrische Anschlüsse 61 der Spule 60 führen aus dem einbettenden Material 62 heraus. Neben der Spule ist in dem einbettenden Material 62 auch eine Kommunikationsschnittstelle 63 eingebettet.
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Die Herstellung einer derartigen elektrischen Einrichtung 50 kann derart erfolgen, dass ein Modul, umfassend das einbettende Material 62 und darin eingebettet die Spule 60 und gegebenenfalls auch die Kommunikationsschnittstelle 63, in den Behälter 45 der Trägereinrichtung 40 eingesetzt bzw. eingelegt wird.
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In alternativer Ausführungsform wird der Behälter 45 der Trägereinrichtung 40 zur Verfügung gestellt, die Spule 60 sowie gegebenenfalls auch die Kommunikationsschnittstelle 63 werden in dem Behälter 45 positioniert und dann mit dem einbettenden Material 62 umgossen, welches aushärtet und somit eine feste Einheit zur Verfügung stellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- System zur Positionierung einer Einrichtung
- 2
- Bodeneinsatz
- 10
- Nivelliereinheit
- 11
- Gestell
- 12
- Oberseite
- 20
- Fuß
- 21
- Innengewinde
- 30
- Schraubbolzen
- 31
- Schlitz
- 32
- Endbereich
- 33
- Außengewinde
- 40
- Trägereinrichtung
- 41
- Kassette
- 42
- Trägerplatte
- 43
- zentrale Öffnung
- 44
- Rahmen
- 45
- Behälter
- 50
- elektrische Einrichtung
- 51
- seitlicher Rand der elektrischen Einrichtung
- 60
- Spule
- 61
- Elektrischer Anschluss
- 62
- einbettendes Material
- 63
- Kommunikationsschnittstelle
- 70
- Steuereinheit
- 80
- Deckel
- 90
- Abdeckung
- 100
- Boden
- 101
- Untergrund
- 102
- Bodenoberseite
- 103
- Aufstellungsfläche
- 110
- senkrechte Richtung
- 120
- Kanalsystem
- 121
- Kanal
- 122
- elektrische Leitung
