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Die Erfindung betrifft eine Energieversorgungseinrichtung zum Anschluss eines ortsveränderlichen elektrischen Verbrauchers, insbesondere eine Ladeeinrichtung zum Aufladen und/oder Entladen einer Batterie eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs.
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Es wird erwartet, dass in Zukunft ortsveränderliche elektrische Verbraucher, wie z. B. elektrisch antreibbare Fahrzeuge, in großem Umfang eingesetzt werden. Solche Fahrzeuge weisen eine Batterie auf, welche die für den Fahrbetrieb benötigte elektrische Energie zur Verfügung stellt. Entladene Batterien müssen bei Bedarf mittels einer Energieversorgungseinrichtung, insb. einer Ladeeinrichtung, nachgeladen werden. Ebenso ist angedacht, zu bestimmten Zeiten geladene Fahrzeugbatterien kontrolliert zu entladen und die elektrische Energie in ein Energieversorgungsnetz einzuspeisen, um dieses Energieversorgungsnetz zu stützen. Zum Laden und/oder Entladen der Fahrzeugbatterien werden Energieversorgungseinrichtungen eingesetzt werden. Diese Energieversorgungseinrichtungen weisen eine Steckdose auf, an die mittels eines elektrischen Kabels (Fahrzeug-Ladekabel) ein elektrisches Fahrzeug anschließbar ist. Als eine derartige Steckdose können beispielsweise die üblicherweise in privaten Haushalten verwendeten Steckdosen eingesetzt werden, in Deutschland sind das z. B. sogenannte Schuko-Steckdosen (Schutzkontakt-Steckdosen). Derartige Steckdosen weisen oft keine Einrichtung auf, um einen zugehörigen Stecker gegen ein versehentliches oder nicht autorisiertes Herausziehen aus der Steckdose zu sichern. Deshalb kann, z. B. durch ein Stolpern einer Person über das Kabel, der Stecker aus der Steckdose herausgezogen werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Energieversorgungseinrichtung anzugeben, bei der die elektrische Verbindung zum Kabel gegen eine ungewollte Unterbrechung gesichert werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Energieversorgungseinrichtung nach dem unabhängigen Patentanspruch. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Energieversorgungseinrichtung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß angegeben wird eine Energieversorgungseinrichtung zum Anschluss eines ortsveränderlichen Verbrauchers, insbesondere eine Ladeeinrichtung zum Aufladen und/oder Entladen einer Batterie eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs, wobei die Energieversorgungseinrichtung eine Steckdose zur Aufnahme eines Steckers eines (elektrischen) Kabels und mindestens ein erstes Umschlingungselement aufweist, das von dem Kabel zumindest teilweise umschlingbar ist. Hierbei nimmt das von dem Kabel zumindest teilweise umschlingbare Umschlingungselement vorteilhafterweise auf das Kabel einwirkende Zugkräfte auf und verhindert so ein Herausziehen des Steckers aus der Steckdose. Das elektrische Kabel wird auch als Ladekabel bezeichnet.
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Die Energieversorgungseinrichtung kann so ausgestaltet sein, dass diese ein zweites Umschlingungselement aufweist, das von dem Kabel zumindest teilweise umschlingbar ist. Mittels des zweiten Umschlingungselements lassen sich auf das Kabel einwirkende Zugkräfte sicherer aufnehmen. Außerdem lassen sich im Vergleich zu nur einem Umschlingungselement größere Zugkräfte aufnehmen.
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Die Energieversorgungseinrichtung kann so ausgestaltet sein, dass das erste und/oder das zweite Umschlingungselement im Wesentlichen eine Zylinderform oder eine Kegelform aufweisen. Dabei können das erste und/oder das zweite Umschlingungselement beispielsweise eine langgestreckte Zylinderform (z. B. eine Stabform) oder auch eine kurze Zylinderform (z. B. eine Pollerform) aufweisen. Weiterhin können das erste und/oder das zweite Umschlingungselement beispielsweise eine Form eines Kegels haben, der auf dem Kegelende mit dem kleineren Durchmesser steht.
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Die Energieversorgungseinrichtung kann so ausgestaltet sein, dass das erste und/oder das zweite Umschlingungselement eine im Wesentlichen elliptische Querschnittsfläche aufweisen. Eine kreisförmige Querschnittsfläche bildet dabei einen Spezialfall einer elliptischen Querschnittsfläche. Damit kann also die Energieversorgungseinrichtung auch so ausgestaltet sein, dass das erste und/oder das zweite Umschlingungselement eine im Wesentlichen kreisförmige Querschnittsfläche aufweisen.
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Die Energieversorgungseinrichtung kann auch so ausgestaltet sein, dass das erste Umschlingungselement und das zweite Umschlingungselement im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind. Die parallel zueinander angeordneten Umschlingungselemente erlauben vorteilhafterweise ein wechselweises Umschlingen der Umschlingungselemente durch das Kabel, wodurch eine zuverlässige Sicherung des Kabels und damit des Steckers erreicht werden kann.
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Die Energieversorgungseinrichtung kann auch so ausgestaltet sein, dass das erste Umschlingungselement und/oder das zweite Umschlingungselement eine endseitige Verdickung aufweisen. Diese endseitige Verdickung verhindert vorteilhafterweise ein endseitiges Abrutschen des Kabels von dem Umschlingungselement.
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Die Energieversorgungseinrichtung kann so realisiert sein, dass das erste und/oder das zweite Umschlingungselement benachbart zu der Steckdose angeordnet sind. So kann das Kabel in unmittelbarer Nachbarschaft der Steckdose gegen Herausziehen gesichert werden.
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Die Energieversorgungseinrichtung kann so ausgestaltet sein, dass das erste und/oder das zweite Umschlingungselement in einer Ausnehmung der Energieversorgungseinrichtung angeordnet sind.
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Dabei kann die Ausnehmung mindestens teilweise mit einer Abdeckung verschließbar sein.
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Die Anordnung der Steckdose und der Umschlingungselemente in einer mindestens teilweise verschließbaren Ausnehmung der Energieversorgungseinrichtung verhindert mit Vorteil ein nicht autorisiertes Außerbetriebsetzen der Herauszieh-Sicherung und ein anschließendes Herausziehen des Steckers aus der Steckdose. Insbesondere wird verhindert, dass unberechtigterweise die Umschlingung des Kabels um das bzw. die Umschlingungselemente beseitigt wird, um daraufhin den Stecker aus der Steckdose herauszuziehen.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dazu ist in
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1 eine schematische Darstellung von auf das Kabel einwirkenden Kräften, in
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2 eine Energieversorgungseinrichtung für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug im teilweisen Längsschnitt, in
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3 die Energieversorgungseinrichtung in einer schematischen teilweisen Querschnittsdarstellung, in
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4 eine dreidimensionale Darstellung von Umschlingungselementen und in
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5 eine weitere schematische teilweise Querschnittsdarstellung einer Energieversorgungseinrichtung
dargestellt.
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In 1 ist schematisch ein Schnitt durch ein Umschlingungselement 1 in Zylinderform dargestellt, welches von einem Kabel 3 teilweise umschlungen wird. Dabei berührt das Kabel 3 die Oberfläche des Umschlingungselements 1 im Bereich eines Umschlingungswinkels α. An den Berührungsstellen zwischen Umschlingungselement 1 und Kabel 3 tritt mechanische Reibung auf, welche durch einen Reibungsfaktor μ charakterisiert ist. Wenn auf ein Ende des Kabels 3 eine erste Zugkraft F1 aufgebracht wird, welche tangential bezüglich des zylinderförmigen Umschlingungselements 1 gerichtet ist, so wird ein Teil dieser ersten Zugkraft durch die Reibung zwischen Kabel 3 und Umschlingungselement 1 aufgenommen. Durch die Reibung tritt eine Gegenhaltekraft auf, die die Zugkraft am anderen Ende des Kabels reduziert. Dadurch tritt am anderen Ende des Kabels 3 eine zweite Zugkraft F2 auf, welche geringer ist als die erste Zugkraft F1. Zwischen der ersten Zugkraft F1 und der zweiten Zugkraft F2 besteht folgende mathematische Beziehung: F1 = F2·eμα
- F1
- ... erste Zugkraft
- F2
- ... zweite Zugkraft
- e
- ... eulersche Zahl
- μ
- ... Reibungsfaktor
- α
- ... Umschlingungswinkel
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Auf diese Weise kann mittels Umschlingung des Umschlingungselements durch das elektrische Kabel eine auf das Kabel einwirkende erste Zugkraft teilweise von dem Umschlingungselement aufgenommen werden, so dass am anderen Ende des Kabels nur eine gegenüber der ersten Zugkraft reduzierte zweite Zugkraft auftrifft.
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In 2 ist in einer schematischen Darstellung ein teilweiser Längsschnitt durch eine Energieversorgungseinrichtung 10 zum Anschluss eines ortsveränderlichen elektrischen Verbrauchers dargestellt. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Energieversorgungseinrichtung 10 zum Anschluss eines ortsveränderlichen Verbrauchers um eine Ladeeinrichtung 10 zum Aufladen und/oder Entladen einer Batterie 34 eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs 36.
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Die Ladeeinrichtung 10 weist eine Ausnehmung 12 auf. In der Ausnehmung 12 befindet sich eine Steckdose 14, an der die zum Laden des elektrisch betriebenen Fahrzeuges benötigte elektrische Energie zur Verfügung gestellt wird. Mit anderen Worten handelt es sich bei der Ladeeinrichtung 10 um ein Ladegerät für eine in einem elektrisch betriebenen Fahrzeug angeordnete Batterie. Die Steckdose 14 kann beispielsweise eine sogenannte Schuko-Steckdose (Schutzkontakt-Steckdose) sein.
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Benachbart zur Steckdose 14 sind in der Ausnehmung 12 ein erstes stabförmiges Umschlingungselement 16 sowie ein dahinter angeordnetes und daher in der 2 nicht sichtbares zweites stabförmiges Umschlingungselement 18 angeordnet (vgl. auch 3). Das erste Umschlingungselement 16 und das zweite Umschlingungselement 18 sind im Ausführungsbeispiel jeweils als ein Kreiszylinder ausgestaltet, dessen eine Stirnfläche an einer Wandung 19 der Ausnehmung 12 befestigt ist. Dabei sind das erste Umschlingungselement 16 und das zweite Umschlingungselement 18 parallel zueinander angeordnet. (In einem anderen Ausführungsbeispiel kann das erste Umschlingungselement 16 und/oder das zweite Umschlingungselement 18 auch als ein kegelförmiges Umschlingungselement ausgestaltet sein. Dieses kegelförmige Umschlingungselement kann im Bereich seines kleineren Durchmessers an der Wandung 19 befestigt sein, während der Bereich des größeren Durchmessers von der Wandung weg weist.). Weiterhin ist in der 2 ein Kabel 20 dargestellt, welches die Batterie 34 des Elektrofahrzeugs 36 elektrisch mit der Ladeeinrichtung 10 verbindet. Dieses Kabel 20 (Fahrzeugladekabel 20) ist an einem Ende mit einem Stecker 22 versehen, welcher in die Steckdose 14 einsteckbar ist. Im eingesteckten Zustand sind die elektrischen Kontakte des elektrischen Steckers 22 mit zugehörigen elektrischen Kontakten der elektrischen Steckdose 14 elektrisch verbunden. Das an dem Stecker 22 beginnende Kabel 20 ist zu dem ersten Umschlingungselement 16 geführt und umschlingt dieses erste Umschlingungselement 16 mit einem Umschlingungswinkel von ca. 270°. Danach ist das Kabel 20 zu dem zweiten Umschlingungselement 18 geführt, umschlingt dieses zweite Umschlingungselement 18 ebenfalls mit einem Umschlingungswinkel von ca. 270° und verlässt daraufhin die Ausnehmung 12 durch eine Öffnung 26. Das freie Ende des Kabels 20 ist außerhalb der Ladeeinrichtung 10 elektrisch mit der Batterie des Elektrofahrzeugs 36 verbunden, um diese Batterie mit elektrischer Energie aufzuladen oder um die Batterie (z. B. teilweise) zu entladen.
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Die Ausnehmung 12 ist im Ausführungsbeispiel teilweise mittels einer Abdeckung 28 verschließbar. Im Ausführungsbeispiel ist die Abdeckung 28 als eine Klappe 28 realisiert, welche um einen Drehpunkt 30 schwenkbar angeordnet und im (dargestellten) geschlossenen Zustand arretierbar (feststellbar) ist.
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Im geschlossenen Zustand der Abdeckung 28 ist die Ausnehmung 12 weiterhin durch eine Öffnung 26 mit dem Außenraum der Ladeeinrichtung 10 verbunden. Durch diese Öffnung 26 kann das Kabel 20 hindurchgeführt werden. Die Öffnung 26 ist jedoch hinreichend klein, um ein unberechtigtes Manipulieren im Innenraum der Ausnehmung 12 (beispielsweise ein händisches Eingreifen in die Ausnehmung 12, um das Kabel 20 von den Umschlingungselementen 16 und 18 abzuziehen) zu verhindern.
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Wird auf das Kabel 20 außerhalb der Ladeeinrichtung eine Zugkraft ausgeübt, so wird diese Zugkraft zu einem großen Teil von dem ersten Umschlingungselement 16 und dem zweiten Umschlingungselement 18 aufgenommen, so dass ein Ausziehen des Steckers 22 aus der Steckdose 14 zuverlässig verhindert wird. Damit wird die elektrische Verbindung zwischen Ladeeinrichtung und Kabel zuverlässig gesichert und geschützt.
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Der Übersichtlichkeit halber sind die weiteren in der Ladeeinrichtung angeordneten Elemente, wie beispielsweise Schalter, Sicherungen, Mess- und Steuervorrichtungen usw., in den Figuren nicht dargestellt.
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Das Kabel 20 weist einen weiteren Stecker 32 auf, der elektrisch mit der Batterie 34 des elektrisch antreibbaren Fahrzeugs 36 verbindbar ist.
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In 3 ist eine schematische teilweise Schnittdarstellung entlang der Schnittachse III-III der Ladeeinrichtung 10 in einer Ansicht von oben dargestellt. Hier ist gut zu erkennen, wie das Kabel 20 das erste Umschlingungselement 16 und das zweite Umschlingungselement 18 jeweils teilweise umschlingt.
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In 4 sind in einer dreidimensionalen Darstellung ein erstes Umschlingungselement 40 und ein zweites Umschlingungselement 42 dargestellt, die auf einer Grundplatte 43 montiert sind. Das erste zylinderförmige Umschlingungselement 40 weist eine endseitige Verdickung 44 auf; das zweite zylinderförmige Umschlingungselement 42 weist eine endseitige Verdickung 46 auf. Durch diese endseitigen Verdickungen 44 und 46 wird ein Abrutschen des Kabels 20 von den Umschlingungselementen 40 und 42 verhindert. Dadurch wird der an dem Kabel 20 angeordnete Stecker 22 auch bei aus verschiedensten Richtungen auf das Kabel 20 einwirkenden Zugkräften zuverlässig gesichert.
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In 5 ist eine Ladeeinrichtung 10 dargestellt, in deren Ausnehmung 12 lediglich ein einziges Umschlingungselement 50 angeordnet ist. Dieses Umschlingungselement 50 ist von dem Kabel 20 vollständig umschlungen, d. h. der Umschlingungswinkel ist größer als 360°. Auch mittels dieses einen Umschlingungselements 50 wird ein Herausziehen bzw. Abziehen des Steckers 22 aus der Steckdose 14 zuverlässig verhindert.
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Mit anderen Worten wird bei einem mechanischen Ziehen am Kabel durch das eine Umschlingungselement 50 oder durch die zwei Umschlingungselemente 16, 18 das Kabel blockiert, so dass der Stecker nicht aus der Steckdose herausgezogen werden kann. Bei Anordnung des bzw. der Umschlingungselemente in einer Ausnehmung der Ladeeinrichtung und bei einer zumindest teilweise Verschließbarkeit dieser Ausnehmung mit einer Klappe, die sich nur authentisiert öffnen lässt (beispielsweise mittels eines Schlüssels oder eines Codes), kann das Kabel auch nicht unberechtigterweise von den Umschlingungselementen entfernt werden.
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Im Ausführungsbeispiel ist die Energieversorgungseinrichtung 10 zum Aufladen und/oder Entladen einer Batterie eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs vorgesehen. In anderen Ausführungsbeispielen können mit einer solchen Energieversorgungseinrichtung auch andere ortsveränderliche elektrische Verbraucher, wie z. B. transportable elektrische Heizgeräte, elektrische Maschinen im Straßenbau, elektrische Bohrmaschinen oder Sägen, mittels eines Kabels mit elektrischer Energie versorgt werden.
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Es wurde eine Energieversorgungseinrichtung beschrieben, bei der ein elektrischer Stecker eines elektrischen Kabels auch bei Auftreten von auf das Kabel einwirkenden Zugkräften zuverlässig in der Steckdose gesichert werden kann. Dadurch wird ein z. B. unbeabsichtigtes Herausziehen des Steckers aus der Steckdose vermieden.
