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Dokumentenidentifikation DE102004063917B4 13.12.2007
Titel Vorrichtung zur berührungslosen Energieübertragung elektrischer Leistung
Anmelder SEW-EURODRIVE GmbH & Co. KG, 76646 Bruchsal, DE
Erfinder Podbielski, Leobald, 76199 Karlsruhe, DE;
Schmidt, Josef, 76676 Graben-Neudorf, DE;
Uhl, Thomas, 76646 Bruchsal, DE;
Wolf, Harald, 76646 Bruchsal, DE
DE-Anmeldedatum 18.09.2004
DE-Aktenzeichen 102004063917
File number of basic patent 102004045458.2
Offenlegungstag 08.12.2005
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 13.12.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.12.2007
IPC-Hauptklasse H01F 38/14(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H02G 3/32(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   H02J 17/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   G08C 17/04(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur berührungslosen Energieübertragung elektrischer Leistung.

Aus der DE 100 53 373 A1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur berührungslosen Energieübertragung bekannt. Dabei ist eine Einspeisung mit einem Anpasssteller verbunden, wobei der Anpasssteller einen aktiv anzusteuernden Schalter 25 und die zugehörige Ansteuerelektronik mit Regelelektronik aufweist.

Aus der DE 44 46 779 C2 ist eine entsprechende Vorrichtung bekannt, bei der in den 6 und 7 der Mittelleiter 6 als Linienleiter ausgeführt ist. Wie in Spalte 4, Zeile 29 bis 33 beschrieben, ist der Mittelleiter aus HF-Litze auszuführen. Bei solchen Kabeln besteht das Kabel aus einer äußeren Isolierung, die die im Inneren befindlichen Litzendrähte umfasst. Die Litzendrähte sind jeweils isoliert. Somit sind die Auswirkungen des Skin-Effektes verringerbar. Allerdings ist die Litze aufwendig in der Fertigung und daher kostspielig. Wie aus 4 ersichtlich, ist der Querschnitt der Litze vorzugsweise rechteckförmig, um den Raum unterhalb des U-förmigen Übertragerkopfes gut zu nutzen.

Aus der DE 199 47 368 C1 ist ein Verlegen und Vergießen eines Primärleiters aus Litze im Boden bekannt, wobei der Fachmann die Litze als HF-Litze wählt.

Aus der DE 44 12 957 A1 ist ein System mit berührungsloser Energieübertragung mit Hin- und Rückleiter bekannt.

Aus der DE 298 17 834 U1 ist eine Vorrichtung zur Bündelung von Kabeln bekannt, bei der Rinnenteile verwendet werden.

Aus der DE 295 03 957.4 ist eine Klemmschelle bekannt, bei der eine Leitung eingedrückt und geklemmt wird (Seite 6, letzten beiden Zeilen des ersten Absatzes).

Aus der DE 43 42 319 A1 ist ein Fahrweg-Teilesystem bekannt, bei dem eine Flachbahn auf dem Boden verlegt ist (Spalte 4, Zeile 26) Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur berührungslosen Energieübertragung in kostengünstiger Weise herstellbar zu machen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Vorrichtung nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Wichtige Merkmale der Erfindung bei der Vorrichtung sind, dass sie zur berührungslosen Energieübertragung elektrischer Leistung aus einer Mittelfrequenzquelle auf mindestens einen Verbraucher vorgesehen ist über eine Übertragungsstrecke und über mindestens einen dem Verbraucher zugeordneten Übertragerkopf,

wobei die Übertragungsstrecke als Hinleitung und/oder als Rückleitung jeweils mindestens ein Kabel umfasst,

wobei das Kabel für Hinleitung in ein erstes Kunststoff-Formteil einklipsbar ist,

wobei das Kabel für Rückleitung in ein zweites Kunststoff-Formteil einklipsbar ist,

wobei als Signalleitungen vorgesehene weitere Kabel jeweils in das zweite Kunststoff-Formteil formschlüssig einklipsbar sind,

wobei das zweite Kunststoff-Formteil in das erste Kunststoff-Formteil einklipsbar ist.

Von Vorteil ist dabei, dass die Herstellung der gesamten Anlage mit geringstem Aufwand, nämlich beispielsweise bloßem Einklipsen der Kabel in ein Kunststoffformteil ermöglicht ist. Auf diese Weise sind die Herstellkosten gering gehalten.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist ein Kabel umfasst, das eine Litzendrähte umfassende Isolierung umfasst, wobei die beim jeweiligen Kabel umfassten Litzendrähte in elektrischer Verbindung untereinander stehen.

Von Vorteil ist dabei, dass die Übertragungsstrecke einfach und robust mit wenig Aufwand ausführbar ist. Außerdem ist sie kostengünstig herstellbar, weil sie mit wenigen Bauelementen realisierbar ist und keine speziellen HF-Litzen notwendig sind sondern nach Stand der Technik bekannte Litzen-Kabel verwendbar sind, obwohl der Mittelfrequenzstrom Werte zwischen 5 und 50kHz aufweisen darf, insbesondere vorteiligerweise im Bereich von 20 bis 25 kHz liegt. Überraschender bleiben nämlich die Verluste gering.

Der Fachmann würde zwar eine nur kleine übertragbare Leistung vermuten, weil der Skin-Effekt nur die Oberfläche zur Stromübertragung gut ausnutzbar macht. Jedoch hat sich herausgestellt, dass bei der auftretenden Frequenz und zu übertragenden Leistungen im Bereich von 0,1kW bis 10kW und den verwendeten Kabeldurchmessern im Bereich zwischen 3mm und 15mm eine vom Fachmann vermutete starke Erwärmung nicht auftritt, weil die Wärme durch die elektrisch und daher auch wärmeleitend verbundenen Litzendrähte gut verteilt und dann abgeführt wird. Die überraschende Erkenntnis ist dabei auch, dass die Litzendrähte durch ihre mannigfaltigen Berührflächen zu anderen Litzendrähten nicht nur gut elektrische leitend sondern eben auch wärmeleitend verbunden sind. Durch den Skin-Effekt hervorgerufene Temperaturspitzen an der äußeren Oberfläche der Gesamtheit der Litzendrähte werden also abgebaut durch die thermische Ankoppelung der inneren Litzendrähte.

Außerdem kommt für den Fachmann überraschenderweise ein weiterer Effekt unterstützend hinzu: Bei Temperaturerhöhung der äußeren Bereiche steigt auch deren elektrischer Widerstand. Somit wird die Stromführung auch deshalb teilweise mehr in den inneren Bereich verlagert. Aus diesem Grunde ist auch bei deutlich vorhandenen Skin-Effekt bei den angegebenen Dimensionierungen und den angegebenen Frequenzen von vorzugsweise 19 bis 26 kHz ein handelsübliches feindrahtiges kostengünstiges Litzen-Kabel verwendbar, ohne dass hinderlich große Verluste auftreten.

Die als Hinleitung und/oder Rückleitung vorgesehenen Kabel jeweils in ein Kunststoff-Formteil formschlüssig verbindbar, insbesondere einklipsbar. Von Vorteil ist dabei, dass die Formteile schnell, einfach und kostengünstig herstellbar sind.

Die als Signalleitungen vorgesehenen weiteren Kabel sind jeweils in ein Kunststoff-Formteil formschlüssig einklipsbar. Auch das Kunststoff-Formteil für Hinleitung und das Kunststoff-Formteil für Rückleitung sind ineinander formschlüssig einklipsbar. Von Vorteil ist dabei, dass die Verlegung und Installation der Anlage schnell, einfach und kostengünstig ausführbar ist.

Vorteiligerweise sind als Hinleitung und/oder Mittelleiter zwei oder mehr Kabel verwendet, die jeweils eine Litzendrähte umfassende Isolierung umfassen, wobei die beim jeweiligen Kabel umfassten Litzendrähte in elektrischer Verbindung untereinander stehen. Von Vorteil ist dabei, dass höhere Leistungsdichten in einfacher und kostengünstiger Weise erreichbar sind. Denn der Strom teilt sich auf in die einzelnen Kabel, die somit dünner wählbar sind. Als Kabel sind kostengünstige marktübliche Kabel verwendbar, die Litzendrähte umfassen, welche in elektrischer Verbindung miteinander stehen. Somit ist kein HF-Litzen-Kabel verwendet, aber trotzdem für die genannten Frequenzen die negativen Auswirkungen des Skin-Effektes verringert unter Verwendung der genannten Kabel, insbesondere also durch die Verwendung von kostengünstigen Massenprodukten ! Die Ausnutzung der Kabelquerschnitte zur Stromübertragung ist daher verbessert Der effektive Leiter-Querschnitt ist also erhöht im Vergleich zu einem einzigen Kabel.

1
Isolierung
2
Litzendrähte
3, 30
Kabelschuh
21
Kunststoff-Formteil
22
Linienleiter-Rückleitung
23
Kunststoff-Formteil
24
Linienleiter-Zuleitung
25
Signalleitung

Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:

In der 1 ist das Kabel symbolisch gezeigt. Ebenso ist in den 3a und 3b das Kabel mit Kabelschuh gezeigt.

Das Kabel (3, 30) umfasst zumindest eine Isolierung und mehrere Litzendrähte 2, welche gegeneinander nicht isoliert sind sondern je in elektrischer Verbindung stehen. Das Kabel ist in einfacher und kostengünstiger Weise mittels bekannter und kostengünstiger Anschlusstechnik, also beispielsweise Crimptechnik, mit einem Kabelschuh verbindbar.

Das Kabel (3, 30) ist, wie in der 2 gezeigt, als Mittelleiter für das System zur berührungslosen Energieübertragung verwendbar. Es wird also mit einem mittelfrequenten Wechselstrom beaufschlagt, der eine Frequenz aufweist von etwa 20 kHz oder 25 kHz. Auch für Frequenzen von 5 bis 50 kHz ist das Kabel noch vorteilig verwendbar.

Bei Bedarf, eine größere Leistung zu übertragen, sind mehrere Kabel parallel verlegbar und somit ein rechteckförmiger Querschnitt ausfüllbar. Dazu weist das Kunststoff-Formteil 23 einen entsprechenden Aufnahme-Raumbereich für die als Linienleiter-Zuleitungen 24 verwendeten Kabel (3, 30) auf. Somit ist der aus HF-Litze gefertigte Mittelleiter 6 der DE 44 46 779 C2 in der vorliegenden Erfindung ersetzt durch die Linienleiter-Zuleitung 24.

Das Kunststoff-Formteil 23 ist formschlüssig mit dem Kunststoff-Formteil 21 verbindbar, insbesondere aufklipsbar.

Außerdem sind die Linienleiter-Rückleitungen 22 in das Kunststoff-Formteil 21 einklipsbar. Ebenso sind auch Signalleitungen 25 einklipsbar.


Anspruch[de]
Vorrichtung zur berührungslosen Energieübertragung elektrischer Leistung aus einer Mittelfrequenzquelle, insbesondere Mittelfrequenzstromquelle, auf mindestens einen Verbraucher, insbesondere auf einen bewegbaren Verbraucher, über eine Übertragungsstrecke und über mindestens einen dem Verbraucher zugeordneten Übertragerkopf,

wobei

die Übertragungsstrecke als Hinleitung und/oder als Rückleitung jeweils mindestens ein Kabel umfasst,

wobei das Kabel für Hinleitung in ein erstes Kunststoff-Formteil 23 einklipsbar ist,

wobei das Kabel für Rückleitung in ein zweites Kunststoff-Formteil 21 einklipsbar ist,

wobei als Signalleitungen vorgesehene weitere Kabel jeweils in das zweite Kunststoff-Formteil 21 formschlüssig einklipsbar sind,

wobei das zweite Kunststoff-Formteil 23 in das erste Kunststoff-Formteil 21 einklipsbar ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kabel eine Litzendrähte umfassende Isolierung umfasst, wobei die beim jeweiligen Kabel umfassten Litzendrähte in elektrischer Verbindung untereinander stehen. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kabel und/oder die Isolierung des Kabels einen Außendurchmesser zwischen 3mm und 15 mm aufweist, insbesondere zwischen 4 und 10 mm. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Hinleitung und/oder Mittelleiter zwei oder mehr Kabel verwendet sind, die jeweils eine Litzendrähte umfassende Isolierung umfassen, wobei die beim jeweiligen Kabel umfassten Litzendrähte in elektrischer Verbindung untereinander stehen.






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