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Die Erfindung betrifft eine Ladeausrüstung für ein Elektrofahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Als Alternative zu Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor gewinnen Elektrofahrzeuge zunehmend an Bedeutung. Neben Fahrzeugen, die ihre Energie aus Brennstoffzellen beziehen, sind vor allem Elektrofahrzeuge verbreitet, die eine wiederaufladbare Batterie (bzw. normalerweise eine Mehrzahl von wiederaufladbaren Batterien bzw. Batteriepacks) aufweisen. Diese werden als batteriebetriebene Elektrofahrzeuge oder BEVs (battery electric vehicles) bezeichnet. Zur Aufladung wird das Elektrofahrzeug über ein Kabel mit einer Ladequelle verbunden, wobei unterschiedliche Lademodi mit entsprechend unterschiedlichen Kabeln möglich sind. So wurden im internationalen Standard IEC 61851 vier verschiedene Lademodi definiert, die oftmals als Mode-1 bis Mode-4 (bzw. Ladebetriebsart 1 bis 4) bezeichnet werden. Während bei Mode-1 das Kabel ausschließlich zur Energieübertragung (sowie normalerweise zur Erdung) dient, verfügt das Kabel bei Mode-2 über eine Signalisierungseinrichtung (Widerstandscodierung), die der fahrzeugseitigen Ladeelektronik die Strombegrenzung der Ladequelle vorgibt. Bei Mode-3 ist zusätzlich eine beiderseitige Kommunikation zwischen Ladequelle und Fahrzeug über das Ladekabel möglich. Mode-4 ist für Gleichstromladeverfahren vorgesehen, bei denen ebenfalls eine zweiseitige Kommunikation zwischen Fahrzeug und Ladequelle stattfindet. Während Mode-1 kaum verwendet wird, haben derzeit - neben dem hinsichtlich der realisierbaren Ladeleistung vorteilhaften Mode-4 - vor allem Mode-2 und Mode-3 wirtschaftliche Bedeutung. Öffentliche Ladestationen bzw. Ladesäulen, bei denen das Ladekabel auch fest mit der Ladequelle verbunden sein kann, verwenden Mode-3 (und/oder Mode-4), während Mode-2 bspw. das Laden des Elektrofahrzeugs über einen haushaltsüblichen Anschluss, bspw. nach UK- oder CEE-Standard, ermöglicht.
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Sofern die Ladestation bzw. die Ladequelle kein Ladekabel bereitstellt, muss wenigstens ein solches Kabel im Elektrofahrzeug mitgeführt werden. Um ein Laden an unterschiedlichen Infrastrukturen zu ermöglichen, sind Elektrofahrzeuge normalerweise sogar mit (wenigstens) zwei unterschiedlichen Ladekabeln ausgestattet, einem Mode-2-Ladekabel sowie einem Mode-3-Ladekabel. Schon die Aufbewahrung eines Ladekabels nimmt viel Platz im Kofferraum in Anspruch; dies gilt umso mehr für die Aufbewahrung von zwei Ladekabeln. Das Problem der Unterbringung des Kabels kann z.T. dadurch verringert werden, dass ein helixartig gewundenes, elastisches Ladekabel verwendet wird. Das Ladekabel kann zur Verwendung auseinandergezogen werden. Ohne äußere Kräfte kehrt es in seine platzsparende Helixform zurück. Die elastischen Eigenschaften beruhen dabei normalerweise überwiegend auf der Ummantelung bzw. Isolierung des Kabels. Nachteilig ist dabei, dass die mit der Auslenkung des Kabels zunehmenden Rückstellkräfte die Handhabung des Kabels erschweren. Aufgrund der mechanischen Spannung lässt sich das Ladekabel zudem kaum bodennah führen, d.h. es stellt praktisch immer ein Hindernis zwischen Ladequelle und Elektrofahrzeug dar.
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Die
US 2017 0 158 068 A1 offenbart ein Fahrzeugladekabel, das während des Fahrzeugladens einen schlaffen Zustand annimmt. Das Kabel umfasst einen Körper, einen oder mehrere in dem Körper aufgenommene Drähte, einen ersten Vorspanner zum Vorspannen eines Körperabschnitts und einen zweiten Vorspanner zum Vorspannen wenigstens eines Teils des Körperabschnitts. Der zweite Vorspanner spricht auf einen externen Stimulus an und dient dazu, der Vorspannung des ersten Vorspanners entgegenzuwirken, so dass das Fahrzeugladekabel einen schlaffen Zustand annimmt. Der zweite Vorspanner kann z.B. eine Formgedächtnislegierung umfassen, die durch elektrischen Stromfluss aktivierbar ist.
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Aus der
DE 10 2019 003 460 A1 ist eine Vorrichtung zum Positionieren eines Ladekabels für ein elektrisch betreibbares Fahrzeug bekannt. Diese weist neben dem Ladekabel einen Kabelkanal auf, in welchem das Ladekabel positionierbar ist, wobei das Ladekabel durch jeweils eine Durchgangsöffnung mehrerer abgerundeter Segmente geführt ist. Mit einer Zugeinrichtung ist eine vordefinierte Zugspannung auf das Ladekabel aufbringbar, wobei bei der vordefinierten Zugspannung ein Stecker des Ladekabels die abgerundeten Segmente aneinanderpresst, sodass das Ladekabel in dem Kabelkanal gerade ausgerichtet ist.
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Die
US 10 720 266 B2 offenbart eine Kabelanordnung, mit einem Kabel, das einen Draht und einen den Draht umgebenden Isolator umfasst, wobei sich das Kabel über eine Länge zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende erstreckt und eine erste Steifigkeit aufweist. Eine Hülse umgibt das Kabel und eine Kabelversteifung ist mit der Hülse gekoppelt, wobei die Kabelversteifung in eine formbeständige Form verformbar ist, wobei die Kabelversteifung eine zweite Steifigkeit aufweist, die größer als die erste Steifigkeit ist, um das Kabel in der formbeständigen Form zu halten. Die Kabelversteifung umfasst einen ersten Abschnitt und einen hiervon getrennten zweiten Abschnitt, wobei sich der erste Abschnitt entlang einer ersten Biegung in dem Kabel erstreckt und der zweite Abschnitt sich entlang einer zweiten Biegung in dem Kabel erstreckt.
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Die
JP 2010-179784 A offenbart ein Staukastenteil, das in einem hinteren Stoßfängerteil eines Elektrofahrzeugs vorgesehen ist. Das Staukastenteil umfasst ein Trägerelement, das an einer Fahrzeugkarosserie befestigt ist, einen Kastenkörper, der an dem Trägerelement befestigt ist, einen Stoßfängerkörper mit einer Öffnung, ein Verstärkungselement, das an dem Stoßfängerkörper befestigt ist, und ein Deckelelement, das sich öffnen und schließen lässt. Das Verstärkungselement ist um die Öffnung des Stoßfängerkörpers herum angeordnet. Ein Ladekabel des Elektrofahrzeugs kann in dem Gehäusekörper aufbewahrt werden.
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Angesichts des aufgezeigten Standes der Technik bietet die Verstaubarkeit eines Ladekabels in oder an einem Elektrofahrzeug durchaus noch Raum für Verbesserungen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine effiziente Verstaubarkeit eines Ladekabels in oder an einem Elektrofahrzeug zu ermöglichen.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Ladeausrüstung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, wobei die Unteransprüche vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung betreffen.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sowie Maßnahmen in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
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Durch die Erfindung wird eine Ladeausrüstung für ein Elektrofahrzeug zur Verfügung gestellt. Bei dem Elektrofahrzeug handelt sich normalerweise um ein Straßenfahrzeug, bspw. einen PKW oder LKW, ggf. auch ein elektrisch angetriebenes Zweirad. In diesem Sinne bezieht sich der Begriff „Elektrofahrzeug“ sowohl auf rein elektrisch angetriebene Fahrzeuge als auch auf Plug-in-Hybridfahrzeuge. In jedem Fall weist das Elektrofahrzeug einen Elektromotor auf, der über wenigstens eine fahrzeugeigene Batterie betreibbar ist. Insofern kann man auch von einem batteriebetriebenen Elektrofahrzeug (BEV) sprechen.
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Die Ladeausrüstung weist ein Ladekabel zur Verbindung des Elektrofahrzeugs mit einer Ladequelle auf, welches Ladekabel einen wenigstens teilweise flexiblen Kabelkörper aufweist. Der Begriff „Ladeausrüstung“ ist hierbei weit auszulegen. Die entsprechende Ladeausrüstung kann mehrere, nicht (dauerhaft) verbundene Komponenten aufweisen. Wenigstens das Ladekabel wird beim Verbinden des Elektrofahrzeugs mit einer Ladequelle (Ladestation, Hausstromnetz etc.) sowie beim Aufladen des Elektrofahrzeugs verwendet, während optionale andere Komponenten u.U. keine unmittelbare elektrische Funktion im Zusammenhang mit dem Ladevorgang haben, sondern bspw. Zubehör des Ladekabels darstellen.
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Wenngleich hier von einem „Ladekabel“ sowie vom „Aufladen“ des Fahrzeugs die Rede ist, ist es nicht ausgeschlossen, dass das Elektrofahrzeug, das Ladekabel sowie eine hiermit verbundene Ladequelle auch zur umgekehrten Energieübertragung ausgelegt sind, wobei das Elektrofahrzeug bspw. Energie in das Stromnetz einspeisen kann (Bidirektionales Laden).
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Mit dem Kabelkörper ist in der Regel ein Ladestecker permanent verbunden, der zur unmittelbaren Kopplung an die Ladequelle ausgebildet ist. Der Ladestecker ist selbstverständlich zur Kopplung an einen bestimmten Typ von Ladequelle ausgebildet. Bspw. kann es sich um einen Typ-1-Stecker oder einen Typ-2-Stecker (Mennekes-Stecker) handeln, der für Mode-3 ausgelegt ist und an eine entsprechende Ladestation angeschlossen wird. Alternativ kann der Ladestecker auch zum Anschluss an ein Hausstromnetz, bspw. das 230 V-Wechselspannungsnetz, vorgesehen sein und könnte als Eurostecker, Schuko-Stecker oder dergleichen ausgebildet sein. Hier und im Folgenden wird der Begriff „koppeln“ gleichbedeutend verwendet mit „verbinden“, insbesondere „lösbar verbinden“.
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Es wäre im Rahmen der Erfindung denkbar, dass das Ladekabel permanent mit dem Elektrofahrzeug verbunden ist. Normalerweise weist das Ladekabel allerdings einen Fahrzeugstecker auf, der an eine Ladebuchse eines Elektrofahrzeugs koppelbar (und auch wieder von dieser trennbar) ist. Der Fahrzeugstecker ist mit der Ladebuchse koppelbar und insoweit mit dieser kompatibel. Bspw. kann es sich um einen Typ-1-Stecker oder einen Typ-2-Stecker handeln.
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Während der Ladestecker und - soweit vorhanden - der Fahrzeugstecker normalerweise mechanisch unflexibel bzw. starr ausgebildet sind, ist der Kabelkörper, welcher normalerweise den größten Teil des Ladekabels einnimmt, flexibel ausgebildet, d.h. wenigstens Teile des Kabelkörpers sind nicht starr, sondern können zerstörungsfrei durch Krafteinwirkung (wesentlich) verformt werden. Der Kabelkörper weist eine Mehrzahl von Leitern auf, die unterschiedliche Funktionen erfüllen können. Insbesondere sind zur Energieübertragung wenigstens ein Außenleiter und ein Neutralleiter notwendig, sowie aus Sicherheitsgründen zusätzlich ein Schutzleiter. Des Weiteren können - z.B. bei einem Typ-1- oder Typ-2-Stecker - ein Proximity-Pilot-Signalleiter sowie ein Control-Pilot-Signalleiter, vorgesehen sein. Jedem der Leiter ist ein Kontakt in wenigstens einem der o.g. Stecker zugeordnet. Der Control-Pilot-Signalleiter dient selbstverständlich zur Übertragung eines Control-Pilot-Signals. Der Proximity-Pilot-Signalleiter dient zur Übertragung eines Proximity-Pilot-Signals. Durch das Proximity-Pilot-Signal bzw. PP-Signal, welches auch als Anwesenheitssignal oder Näherungssignal bezeichnet werden kann, kann das Elektrofahrzeug zum einen die Verbindung mit einer Ladestation an sich feststellen, zum anderen sind normalerweise zusätzliche Informationen über die Charakteristika der Ladestation und/oder eines verwendeten Ladekabels aus dem Proximity-Pilot-Signal ableitbar, bspw. die maximal zulässige Stromstärke. Die einzelnen Leiter sind selbstverständlich voneinander elektrisch isoliert und normalerweise insgesamt von einer zusätzlichen Ummantelung umgeben, die elektrischen und mechanischen Schutz bei gleichzeitiger Flexibilität des Kabelkörpers ermöglicht.
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Erfindungsgemäß weist der Kabelkörper eine Mehrzahl von Sollbiegebereichen auf, von denen jeder einen stabilen Biegezustand mit stärkerer Krümmung aufweist und durch elastische Verformung aus dem Biegezustand und in einen stabilen Streckzustand mit geringerer Krümmung bringbar ist, in welchem der Sollbiegebereich derart stabilisiert ist, dass kein spontaner Übergang in den Biegezustand möglich ist. Befindet sich ein Sollbiegebereich in einem Biegezustand, ist der Kabelkörper im Sollbiegebereich gebogen, d.h. er weist eine Krümmung auf, die größer ist als in dem nachfolgend noch zu beschreibenden Streckzustand. Die Krümmung entspricht im Biegezustand normalerweise einer Richtungsänderung von wenigstens 45°, unter Umständen aber auch wenigstens 90°, bspw. 180° (entsprechend einer U-Form).
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Durch elastische Verformung kann der Sollbiegebereich aus dem Biegezustand gebracht werden, d.h. wenn bspw. ein Benutzer eine Kraft (bzw. ein Biegemoment) auf den Sollbiegebereich ausübt, kommt es zu einer Verformung, die allerdings elastisch ist. Dementsprechend ist eine Rückstellkraft bzw. einen Rückstellmoment gegeben, welches bestrebt ist, den Sollbiegebereich in den Biegezustand zurückzuführen. Insofern kann der Biegezustand als „stabil“ bezeichnet werden. Allerdings ist es durch Verformung des Sollbiegebereichs im Weiteren möglich, diesen in einen ebenfalls stabilen Streckzustand zu überführen. Im Streckzustand ist der Sollbiegebereich weniger stark gekrümmt als im Biegezustand, was die Möglichkeit einschließt, dass er vollständig gestreckt, also gerade, sein kann. Er kann auch in entgegengesetzter Richtung gekrümmt sein. In dem Streckzustand ist der Sollbiegebereich so stabilisiert, dass er sich nicht mehr spontan, also ohne Einwirkung äußerer Kräfte oder Biegemomente, in den Biegezustand zurück verformen kann. Man kann auch sagen, dass sich der Sollbiegebereich im Streckzustand selbst stabilisiert.
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Wenn der Benutzer also einen Sollbiegebereich ausgehend bspw. vom Biegezustand soweit verformt hat, dass der Streckzustand erreicht wird, verbleibt der Sollbiegebereich in diesem Streckzustand, solange er keine äußeren Kräfte ausreichender Größe erfährt, um ihn aus dem Streckzustand heraus zu führen. Es muss also kein permanentes Biegemoment auf den Sollbiegebereich ausgeübt werden, um ihn an einer Rückformung in den Biegezustand zu hindern. Durch die Sollbiegebereich wird bei Einnahme des Biegezustands eine Form des Ladekabels (wenigstens teilweise) definiert, die eine Mehrzahl von Biegungen aufweist und sich insofern gut für ein Verstauen des Ladekabels eignet. Insbesondere ist durch die definierte Position der Sollbiegebereiche für den Benutzer leicht erkennbar, an welchen Stellen das Ladekabel gebogen werden sollte, um eine vorteilhafte Form für das Verstauen (nachfolgend als „Kompaktform“ bezeichnet) zu erreichen. Wenn das Ladekabel zur Verbindung des Elektrofahrzeugs mit der Ladequelle verwendet wird, können bspw. alle Sollbiegebereiche in ihrem jeweiligen Streckzustand sein, so dass eine maximale Reichweite des Ladekabels erreicht wird. Durch Ausübung einer Kraft bzw. eines Biegemoment auf die jeweiligen Sollbiegebereiche kann der Benutzer nach der Verwendung des Ladekabels die Sollbiegebereiche in einfacher Weise wieder in ihre Biegezustände versetzen, wobei die Verformung in den Biegezustand durch die oben erwähnte elastische Rückstellkraft wenigstens unterstützt oder bewirkt wird. D.h., der Benutzer muss nicht bei jedem Zusammenlegen des Kabels darüber nachdenken, an welchen Stellen das Kabel für eine optimale Verstaubarkeit zu biegen ist, sondern dies wird ihm durch die Sollbiegebereiche vorgegeben. Da allerdings die Sollbiegebereiche in ihrem jeweiligen Streckzustand stabilisiert sind, ergibt sich nicht das Problem wie bei elastischen, z.B. helixförmigen Kabeln im Stand der Technik, die bei einer Auslenkung ständig unter mechanischer Spannung stehen, was ihre Handhabung wesentlich erschwert.
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Das erfindungsgemäße Verhalten lässt sich in unterschiedlicher Weise realisieren, bspw. dadurch, dass in jeden Sollbiegebereich ein lösbarer Arretierungsmechanismus eingearbeitet ist, durch welchen der Sollbiegebereich im Streckzustand arretiert werden kann, beispielsweise mittels eines Schnappverbinders oder dergleichen. Der Arretierungsmechanismus wird in diesem Fall der elastischen Rückstellkraft entgegenwirken, die bestrebt ist, den Sollbiegebereich in den Biegezustand zurückzuführen. Eine andere, bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass sich wenigstens ein Sollbiegebereich mechanisch bistabil verhält, so dass ausgehend vom Biegezustand oder vom Streckzustand bei einer Verformung bis zu einem Umkehrzustand eine elastische Rückformung erfolgt und bei einer Verformung über den Umkehrzustand hinaus ein spontaner Übergang in den jeweils anderen stabilen Zustand erfolgt. D.h., in diesem Fall ist der Sollbiegebereich im Streckzustand nicht im eigentlichen Sinne arretiert, sondern solange sich der Sollbiegebereich zwischen dem Streckzustand und dem Umkehrzustand befindet, wirkt eine elastische Rückstellkraft in Richtung auf den Streckzustand. Bei einer entsprechend begrenzten Auslenkung aus dem Streckzustand erfolgt somit eine spontane Rückkehr in denselben. Gleiches gilt für die Verformung aus dem Biegezustand, solange der Umkehrzustand nicht überschritten wird. Geht die Verformung allerdings über den Umkehrzustand hinaus, erfolgt auch ohne äußere Kräfte eine weitergehende Verformung in den jeweils anderen stabilen Zustand. D.h., der Sollbiegebereich kann alternativ zwei stabile Zustände annehmen, die elastisch stabilisiert sind und jeweils (lokalen) Energieminima der im Sollbiegebereich gespeicherten Verformungsenergie entsprechen. Der dazwischenliegende Umkehrzustand entspricht einem lokalen Energiemaximum, ausgehend von welchem entweder der stabile Streckzustand oder der stabile Biegezustand angestrebt wird.
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Um die o.g. Wirkung zu erreichen ist es insbesondere möglich, dass der Kabelkörper in wenigstens einem Sollbiegebereich ein bistabiles Federelement enthält. Das Federelement ist selbstverständlich aus einem elastischen Material gefertigt, bspw. Federstahl oder ggf. faserverstärktem Kunststoff. Ein solches bistabiles Federelement könnte bspw. in die Ummantelung eingearbeitet bzw. von dieser umschlossen sein. Es wäre allerdings auch denkbar, dass das bistabile Federelement zwischen unterschiedlichen Leitern innerhalb der Ummantelung angeordnet ist. Da die Leiter wie oben erwähnt jeder für sich elektrisch isoliert sind, wäre diesbezüglich auch ein elektrisch leitfähiges Federelement unproblematisch. Das bistabile Federelement kann für sich genommen zwei stabile Zustände annehmen, von denen einer dem Biegezustand und der andere dem Streckzustand des Sollbiegebereichs entspricht.
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Bevorzugt weist der Kabelkörper zwischen zwei benachbarten Sollbiegebereichen jeweils einen Normalbereich auf. D.h., die Sollbiegebereiche grenzen nicht unmittelbar aneinander an, sondern sind zueinander beabstandet durch einen dazwischenliegende Normalbereich. Zum einen ist es in der Regel zur Herstellung einer optimalen Verstaubarkeit unnötig oder sogar unpraktisch, wenn sämtliche optionalen Biegungen des Ladekabels aneinander angrenzen, zum anderen lassen sich die geschilderten Eigenschaften eines Sollbiegebereichs in der Regel nur mit erhöhtem Aufwand und somit erhöhten Kosten realisieren, weshalb die Sollbiegebereich hier auf notwendige Positionen beschränkt bleiben sollten.
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Dabei kann der Kabelkörper in einem Normalbereich im Vergleich zu den benachbarten Sollbiegebereichen biegeschlaff oder monostabil biegesteif ausgebildet sein. Im ersteren Fall resultiert bei einem auf den Normalbereich einwirkenden Biegemoment zumindest bei einer begrenzten Verformung kein nennenswertes Rückstellmoment, d.h. der Normalbereich lässt sich innerhalb gewisser Grenzen ohne weiteres verbiegen, im Unterschied zu den Sollbiegebereichen, die entweder eine erhebliche elastische Rückstellkraft in Richtung auf den jeweiligen stabilen Zustand erzeugen oder bei denen zunächst eine Arretierung des Streckzustands gelöst werden muss. Unter Umständen wäre es auch denkbar, dass sich der Normalbereich monostabil biegesteif verhält, d.h. dass er einen einzigen „Normalzustand“ aufweist, aus welchem er elastisch verformbar ist. Unabhängig davon, wie stark die Verformung ist, ist der Normalbereich in diesem Fall immer bestrebt, in den gleichen Normalzustand zurückzukehren, im Gegensatz zu den Sollbiegebereichen.
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Vorteilhaft ist die Länge eines Sollbiegebereichs kleiner als die Länge eines benachbarten Normalbereichs. Dies kann sich insbesondere auf alle Sollbiegebereich und Normalbereiche beziehen. Entsprechend machen die Normalbereiche den längenmäßig größeren Teil des Kabelkörpers aus. Dies ist zum einen im Hinblick auf die Herstellung des Ladekabels einfach und kostengünstig, zum anderen kann es die Handhabung für den Benutzer erleichtern, wenn sich der größere Teil des Ladekabels wie ein „normales“ Kabel verhält.
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Der jeweilige Abstand von zwei Sollbiegebereichen bzw. die Länge des dazwischenliegenden Normalbereichs kann unterschiedlich ausgewählt werden. Hierdurch wird letztendlich die vorgesehene Kompaktform definiert, in welcher das Ladekabel verstaut werden kann. Sollen die Normalbereiche im verstauten Zustand bspw. parallel (bzw. antiparallel) zueinander verlaufen, so dass das Ladekabel gewissermaßen hin und her verläuft, kann es vorteilhaft sein, wenn sich die Längen zwei benachbarter Normalbereiche um höchstens 20% oder höchstens 10 % unterscheiden. Dabei sollte jeder Sollbiegebereich einer Richtungsänderung von ca. 180° entsprechen. Durch eine andere Ausgestaltung lassen sich aber auch andere Formen definieren, bspw. die eines Rechtecks mit abgerundeten Ecken, wobei jede Ecke durch einen Sollbiegebereich repräsentiert ist und die Seiten des Rechtecks den Normalbereichen entsprechen. Jeder Sollbiegebereich würde dann einer Richtungsänderung von ca. 90° entsprechen. Die Längen benachbarter Normalbereiche können sich (bei einem ungleichseitigen Rechteck) wesentlich unterscheiden, während die Länge eines Normalbereichs jeweils ungefähr der Länge des übernächsten Normalbereichs entspricht, da diese gegenüberliegenden Seiten des Rechtecks entsprechen.
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Wie bereits erwähnt, dienen die Sollbiegebereiche zur Herstellung einer definierten Kompaktform, in welcher das Ladekabel idealerweise in einem bestimmten, hierzu vorgesehenen Bereich verstaubar ist. Bevorzugt weist die Ladeausrüstung ein Staufach innerhalb des Elektrofahrzeugs auf, in welchem das Ladekabel aufnehmbar ist, wenn alle Sollbiegebereiche im Biegezustand sind. Wenn durch die Sollbiegebereiche im Biegezustand bspw. eine rechteckige Form definiert ist, kann das Staufach ebenfalls eine rechteckige Grundfläche aufweisen, deren Abmessungen wenigstens ungefähr an die des zusammengelegten Ladekabels angepasst sind. Wenn, wie oben beschrieben, die Normalbereiche in der Kompaktform in etwa parallel zueinander verlaufen, kann das Staufach eine längliche, hieran angepasste Form aufweisen. Dabei kann insbesondere die Länge wenigstens eines Normalbereichs zwischen 60% und 90% einer Dimension des Staufachs in Richtung der Y-Achse entsprechen. Selbstverständlich kann das Staufach dazu ausgebildet sein, eine Mehrzahl von Ladekabeln für unterschiedliche Typen von Ladequellen aufzunehmen.
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Das Staufach könnte im Inneren der Kabine, bspw. unterhalb eines Sitzes, vorgesehen sein oder innerhalb des Kofferraums. Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht allerdings vor, dass das Staufach in einem unterhalb eines Kofferraums des Elektrofahrzeugs angeordneten, ausziehbaren Behälter ausgebildet ist. Der Behälter ist ausziehbar, d.h. er kann nach Art einer Schublade (normalerweise in Fahrzeuglängsrichtung, entgegen der Fahrtrichtung, nach hinten) herausgezogen werden. Dabei kann eine Wandung des Behälters einen Teil der Außenfläche des Fahrzeugs bilden. Durch die Anordnung unterhalb des Kofferraums, bspw. im Bereich eines hinteren Stoßfängers, wird kein Raum innerhalb des Kofferraums benötigt und das Ladekabel ist unabhängig von der aktuellen Belegung des Kofferraums jederzeit zugänglich.
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Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Wirkungen der Erfindung sind im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt
- 1A-1C eine schematische Darstellung eines Ladekabels einer erfindungsgemäßen Ladeausrüstung in verschiedenen Zuständen;
- 2A-2B eine teilweise Schnittdarstellung eines Details des Ladekabels aus 1A-1C in verschiedenen Zuständen;
- 3A-3B Seitenansichten eines Elektrofahrzeugs mit einem Behälter der erfindungsgemäßen Ladeausrüstung; sowie
- 4 eine Draufsicht eines Hecks des Elektrofahrzeugs aus 3A-3B.
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In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weswegen diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ladekabels 10 als Teil einer erfindungsgemäßen Ladeausrüstung 1 für ein Elektrofahrzeug 20. Das Ladekabel 10 weist einen flexiblen Kabelkörper 13 auf, der jeweils endseitig einerseits einen Fahrzeugstecker 11 zur Kopplung an eine Ladebuchse des Elektrofahrzeugs 20 sowie andererseits einen Ladestecker 12 zur Kopplung an eine (hier nicht dargestellte) Ladestation aufweist. Die beiden Stecker 11, 12 sind hier für Mode-3 ausgelegt und als Mennekes-Stecker ausgebildet, was aber rein beispielhaft zu verstehen ist. Insbesondere könnte der Ladestecker 12 auch für Mode-2 ausgelegt und bspw. als Schuko-Stecker ausgebildet sein.
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Der Kabelkörper 13 weist zum einen eine Mehrzahl von Sollbiegebereichen 14 sowie zum anderen eine Mehrzahl von Normalbereichen 15 auf, welche sich von außen optisch ggf. nicht oder nur geringfügig voneinander unterscheiden. Im vorliegenden Fall machen die Sollbiegebereiche 14 insgesamt weniger als 20 % der Gesamtlänge des Kabelkörpers 13 aus. Während sich die Normalbereiche 15 wie bei einem herkömmlichen Ladekabel im Wesentlichen biegeschlaff bzw. geringfügig biegeelastisch verhalten, weisen die Sollbiegebereiche 14 ein mechanisch bistabiles Verhalten auf. Jeder der Sollbiegebereiche 14 kann einerseits einen Streckzustand S einnehmen sowie andererseits einen Biegezustand B. In 1A befinden sich alle Sollbiegebereiche 14 in ihrem jeweiligen Streckzustand S und weisen eine geringfügige bis vernachlässigbare Krümmung auf. Dementsprechend ergibt sich für das Ladekabel 10 eine maximale Reichweite.
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Wirkt auf einen Sollbiegebereich 14 nur eine geringfügige äußere Kraft bzw. ein äußeres Biegemoment, ergibt sich eine allenfalls geringfügige elastische Auslenkung, und der Sollbiegebereich 14 wird durch Rückstellkräfte in den Streckzustand S zurückgeführt. Wird allerdings der Sollbiegebereich so weit verformt, dass ein Umkehrzustand überschritten wird, erfolgt keine elastische Rückformung in den Streckzustand S, sondern ein im Weiteren spontaner Übergang in den Biegezustand B, wie in 1B anhand eines Sollbiegebereichs 14 dargestellt ist. Nach Überschreiten des Umkehrzustands wird der Sollbiegebereich 14 durch elastische Kräfte in den Biegezustand B gezogen. Der Biegezustand B ist ebenfalls stabil, insofern, als der Sollbiegebereich 14 nur entgegen einer elastischen Rückstellkraft aus dem Biegezustand B herausgeführt werden kann. Wird die elastische Verformung so weit fortgesetzt, dass schließlich der Umkehrzustand überschritten wird, geht der Sollbiegebereich 14 wiederum in den stabilen Streckzustand S über. In 1C befinden sich sämtliche Sollbiegebereiche 14 im Biegezustand B, womit das Ladekabel 10 insgesamt eine Kompaktform annimmt, die optimal zum Verstauen innerhalb des Elektrofahrzeugs 20 geeignet ist. Dabei sind die Normalbereiche 15 in etwa parallel bzw. antiparallel zueinander angeordnet und jeder Sollbiegebereich 14 entspricht einer Richtungsänderung von größenordnungsmäßig 180°, also einer Richtungsumkehr. Abgesehen von denjenigen Normalbereichen 15, die an den Fahrzeugstecker 11 sowie den Ladestecker 12 angrenzen, sind die Längen der meisten Normalbereiche 15 in etwa identisch und entsprechen in etwa dem Vier- bis Fünffachen der Länge eines Sollbiegebereichs 14.
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Wie in 2 A und 2 B erkennbar ist, wird das bistabile Verhalten des jeweiligen Sollbiegebereichs 14 durch ein bistabiles Federelement 18 erreicht, das in eine Ummantelung 16 des Kabelkörpers 13 eingearbeitet ist. Die Ummantelung 16 dient dem mechanischen Schutz sowie der zusätzlichen Isolierung einer Mehrzahl von Leitern 17 innerhalb des Kabelkörpers 13. Die Leiter 17, die mit entsprechenden Kontakten im Fahrzeugstecker 11 sowie im Ladestecker 12 verbunden sind, weisen neben drei Außenleitern, einem Neutralleiter und einem Schutzleiter auch einen Proximity-Pilot-Signalleiter und ein Control-Pilot-Signalleiter auf. Das Federelement 18 ist hier innerhalb der Ummantelung 16 eingezeichnet, es könnte allerdings auch an einer Außenseite derselben, an einer Innenseite derselben oder sogar zwischen den Leitern 17 angeordnet sein. Die Dimensionen des Federelements 18 sowie der Ummantelung 17 sind hier nicht maßstabsgerecht dargestellt und können von den tatsächlichen Verhältnissen abweichen. In jedem Fall lässt sich das Federelement 18 aufgrund seiner bistabilen Eigenschaften in zwei Zuständen (gestreckt bzw. gekrümmt) stabilisieren, was wiederum die Stabilisierung des Streckzustands S sowie des Biegezustands B des Sollbiegebereichs 14 begünstigt.
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3A und 3B zeigen Seitenansichten eines hinteren Teils des Elektrofahrzeugs 20, welches hier als Pkw ausgebildet ist. Unterhalb eines Kofferraums 21, im Bereich einer hinteren Stoßstange, weist das Elektrofahrzeug 20 einen Behälter 22 auf, der ebenfalls Teil der erfindungsgemäßen Ladeausrüstung 1 ist. Der Behälter 22 lässt sich, wie in 3 B dargestellt, in Richtung der X-Achse (Fahrzeuglängsachse) nach hinten herausziehen, wodurch ein Staufach 23 innerhalb des Behälters 22 zugänglich wird. 4 zeigt eine vereinfachte Draufsicht des Fahrzeughecks bei herausgezogenem Behälter 22, wobei das Ladekabel 10 in seiner Kompaktform entsprechend 1C in dem Staufach 23 untergebracht ist. Die Form des Staufachs 23 ist an die Kompaktform des Ladekabels 10 angepasst, insofern als seine Ausdehnung in Richtung der Y-Achse (Fahrzeugquerachse) deutlich größer ist als in Richtung der X-Achse. Somit lässt sich das Ladekabel 10 in seiner insgesamt länglichen Stauform gut unterbringen. Um eine optimale Raumausnutzung zu erreichen, entspricht die Länge eines Normalbereichs 15 im vorliegenden Fall ca. 70 bis 80 % der Ausdehnung des Staufachs 23 in Richtung der Y-Achse.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ladeausrüstung
- 10
- Ladekabel
- 11
- Fahrzeugstecker
- 12
- Ladestecker
- 13
- Kabelkörper
- 14
- Sollbiegebereich
- 15
- Normalbereich
- 16
- Ummantelung
- 17
- Leiter
- 18
- Federelement
- 20
- Elektrofahrzeug
- 21
- Kofferraum
- 22
- Behälter
- 23
- Staufach
- B
- Biegezustand
- S
- Streckzustand
- X
- X-Achse
- Y
- Y-Achse
- Z
- Z-Achse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- US 20170158068 A1 [0004]
- DE 102019003460 A1 [0005]
- US 10720266 B2 [0006]
- JP 2010179784 A [0007]
