DE10051058A1 - Anordnung zur Drehwinkelerfassung und Energieübertragung an Lenksäulen - Google Patents

Abstract

Um eine Anordnung zum Erfassen des Drehwinkels von Lenksäulen und zum Übertragen der elektrischen Energie auf Lenksäulen, insbesondere für Kraftfahrzeuge aller Art oder für Menschen oder Geräte, zu schaffen, mittels der das Erfassen des Drehwinkels an Lenksäulen von Fahrzeugen oder Maschinen und Geräten und das Übertragen der elektrischen Energie auf die Lenksäulen mit einfachen technischen Mitteln kostengünstig realisierbar ist, wird vorgeschlagen, daß die Einrichtung zum Erfassen des Drehwinkels der Lenksäule (1) und die Einrichtung zum Übertragen der elektrischen Energie auf die Lenksäule (1) in einer gemeinsamen Baugruppe, die als kasettenförmiges Gehäuse (5) ausgebildet ist, integriert sind, umfassend zwei Potentiometer (8, 9) zum Erfassen des Drehwinkels und ein Zahnriemengetriebe (12, 18) zur Energieübertragung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Erfassen des Drehwinkels von Lenksäulen und zum Übertragen der elektrischen Energie auf Lenksäulen, ins­ besondere für Kraftfahrzeuge aller Art oder für Maschinen oder Geräten.

Aus dem Stand der Technik sind sowohl Anordnungen zum Erfassen des Drehwinkels von Lenksäulen bekannt, die zum z. B. für Regeleinrichtungen zur Steuerung der Fahrstabilität von Kraftfahrzeugen dienen, als auch Anordnun­ gen zum Übertragen der elektrischen Energie, beispielsweise für den Airbag und Multibedienelemente auf die Lenksäule.

In der DE 196 38 911 A1 wird ein optisches Drehwinkelmeßsystem mit einer im wesentlichen kreisförmig angeordneten Codespur beschrieben. Dabei sind mehrere spiralförmig zueinander angeordneten Codespuren vorgesehen. Über die gesamten Codespuren ist ein Maximalcode gelegt, wobei durch die Einzelnen Codeworte gleichzeitig die gerade gültige Umdrehungszahl beschrieben wird.

Die DE 40 18 187 A1 beschreibt einen induktiven Winkelsensor zur Bestimmung der Drehbewegung einer Lenksäule, wobei auf dieser ein Abgriffselement drehfest befestigt ist. Mit Hilfe eines induktiven Sensors wird von dem Ab­ griffselement durch Veränderung der Induktivität der Meßspulen ein Feinsignal erzeugt. Zur eindeutigen Zuordnung dieses Feinsignals wird mit Hilfe eines zweiten Sensors und eines sich axial zur Lenksäule bewegenden Kurzschluß­ rings ein Grobsignal erzeugt. Durch die Verbindung des Grob- und des Feinsi­ gnals kann die genaue Winkelstellung der Lenksäule bestimmt werden. Dieses Prinzip wird in etwas abgewandelter Form auch in der DE 41 15 244 A1 ange­ wendet.

Aus der EP 0389669 ist ein Lenkwinkelsensor bekannt, in dem zwei Potentio­ meter nebeneinander angeordnet sind, deren Schleiferwellen durch ein Getrie­ be schlupffrei miteinander verbunden sind. Eine Schleiferwelle ist mittels einer Kupplung mit einer Lenksäule eines Kraftfahrzeuges verbunden. Die Überset­ zung des Getriebes ist derart, daß das von ihm angetriebene Potentiometer maximal eine Umdrehung ausführt, wenn sich die Lenksäule von einer End­ stellung zur anderen bewegt.

Für das Übertragen der elektrischen Energie von der Fahrzeugseite auf die Lenkradseite sind eine Reihe von technischen Lösungen bekannt. So wird in der DE 197 36 346 eine Vorrichtung zur Übertragung der elektrischen Energie mittels eines koaxial zur Lenkachse angeordneten Transformators beschrie­ ben. Dabei sind mindestens zwei fahrzeugseitig zueinander orthogonal ange­ ordnete, die Primärspulen bildenden Statorwicklungen vorgesehen und eine mit der Lenkwelle drehfest gekoppelte Rotorwicklung als Sekundärspule, an der die induzierte Spannung abgreifbar ist.

In der DE 198 29 730 wird eine Einrichtung zum elektrischen Anschluß von Ele­ menten beschrieben, wobei die Elemente am drehenden Teil der Lenkeinrich­ tung eines Kraftfahrzeuges angebracht sind und mit dem Leitungsnetz des Kraftfahrzeuges durch eine Übertragungsstrecke zwischen einem ersten Teil und einem zweiten Teil verbunden sind, wobei der erste Teil elektrisch an die Elemente und der zweite Teil elektrisch an das Leitungsnetz anschließbar ist.

Bei den bekannten technischen Lösungen erfolgt das Erfassen des Drehwin­ kels und das Übertragen der elektrischen Energie auf die Lenksäule stets in getrennten Baugruppen. Das bedingt einen hohen Fertigungsaufwand. Die Einzelsysteme zum Erfassen des Lenkwinkels und zum Übertragen der elektri­ schen Energie sind dabei vielfach kompliziert aufgebaut.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu schaffen, in der das Erfassen des Drehwinkels an Lenksäulen von Fahrzeugen oder sich drehenden Wellen von Maschinen und Geräten und das Übertragen der elektrischen Energie auf die Lenksäulen oder die sich drehende Wellen mit einfachen technischen Mitteln kostengünstig realisierbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung eine Anordnung vor, bei der die Einrichtung zum Erfassen des Drehwinkels der Lenksäule und die Einrich­ tung zum Übertragen der elektrischen Energie auf Lenksäulen in einer gemein­ samen Baugruppe, die als kasettenförmiges Gehäuse ausgebildet ist, integriert sind, umfassend zwei Potentiometer zum Erfassen des Drehwinkels und ein Zahnriemengetriebe zur Energieübertragung.

Besonders vorteilhaft ist, daß die Winkelmessung durch eine Widerstands­ messung mittels Potentiometer erfolgt. Damit können einfache handelsübliche Bauelemente eingesetzt werden.

Ein weiterer Vorteil besteht in dem redundanten Aufbau der Anordnung durch die Verwendung von zwei Potentiometern, so daß bei Ausfall eines Potentio­ meters die Winkelerfassung durch das noch funktionierende zweite Potentio­ meter erfolgt. So wird ein Totalausfall des Meßsystems vermieden.

Die Erfindung schlägt weiterhin vor, die Drehbewegung der Lenksäule mittels eines Zahnriemengetriebes auf die Potentiometer zu übertragen. Zahnriemen­ getriebe arbeiten geräuscharm, schlupffrei und mit hoher Übertragungsgenau­ igkeit.

Weiterhin ist vorteilhaft, daß durch die Verwendung von Zahnriemengetrieben die Einrichtungen zur Erfassung des Drehwinkels an unterschiedlichen Orten innerhalb eines Fahrzeuges oder der Maschinen und Geräte angeordnet wer­ den kann und damit die gesamte Anordnung flexibel einsetzbar ist.

Besonders vorteilhaft ist, daß mit dem Zahnriemengetriebe gleichzeitig ein Flachbandkabel zum Übertragen der elektrischen Energie angetrieben wird. Vorteilhaft ist weiterhin, daß bei Einsatz eines offenen Zahnriemengetriebes die elektrische Energie über den offenen Zahnriemen übertragen werden kann. Dazu sind in den Zahnriemen Leiterbahnen integriert.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Anordnung durch den Aufsatz einer Zahnriemenscheibe auf die Lenksäule vom Durchmesser der Lenksäule unab­ hängig und damit für die unterschiedlichsten Fahrzeugtypen aber auch für Ma­ schinen und Geräte verwendbar ist.

Die verwendeten Bauteile sichern in ihrem Zusammenwirken einen wartungs­ freien Betrieb bei hoher Lebensdauer und Zuverlässigkeit.

Zwei Ausführungsbeispiele für eine Anordnung zum Erfassen des Drehwinkels von Lenksäulen und zum Übertragen der elektrischen Energie auf die Lenk­ säule sind in den Zeichnungen dargestellt und im folgenden näher beschrie­ ben.

Es zeigt:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung in Seitenansicht;

Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel im Schnitt mit Sicht auf den Zahnriemen;

Fig. 3 ein erstes Ausführungsbeispiel im Schnitt mit Sicht auf das Flachband­ kabel;

Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung mit integrierter Energieübertragung in den Zahnriemen in Seitenansicht;

Fig. 5 ein zweites Ausführungsbeispiel im Schnitt mit Sicht auf den Zahnriemen mit integrierter Energieübertragung.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel der Anordnung mit getrennten Antriebs- und Energieübertragungselementen. Am Umfang einer Lenksäule 1 ist mittels einer Klemmverbindung eine Antriebszahnriemenschei­ be 2 befestigt. Über einen Zahnriemen 3 wird die Drehbewegung der Lenk­ säule 1 auf eine Abtriebszahnriemenscheibe 4 übertragen, die in einem kas­ settenförmigen Gehäuse 5 drehbar gelagert ist. Das kassettenförmige Gehäu­ se 5 umschließt die gesamte Anordnung und ist beispielsweise an einem nicht dargestellten Armaturenbrett eines Fahrzeuges befestigt. Fig. 2 zeigt den Ver­ lauf des Zahnriemens 3. Dieser umspannt die Antriebszahnriemenscheibe 2 und die Abtriebszahnriemenscheibe 4 und leitet die Drehbewegung der Lenksäule 1 an die Abtriebszahnriemenscheibe 4 weiter. Mit der Abtriebszahnrie­ menscheibe 4 sind über Lagerzapfen 6 und 7 zwei Potentiometer 8 und 9 ge­ koppelt, so daß die Drehbewegung der Abtriebszahnriemenscheibe 4 auf die beiden Potentiometer 8 und 9 übertragen wird, die beidseitig zur Abtriebszahn­ riemenscheibe 4 angeordnet sind und deren Aufnahmeflansche fest mit dem Gehäuse 5 verbunden sind.

Durch die Realisierung der Winkelmessung durch eine Widerstandsmessung mittels Potentiometer können einfache handelsübliche Bauelemente eingesetzt werden. Durch die Anordnung von zwei Potentiometern 8 und 9 kann bei Aus­ fall eines Potentiometers eine Winkelerfassung durch das noch funktionierende Potentiometer erfolgen. Ein Totalausfall des Meßsystems wird so vermieden und die Sicherheit der Anordnung erhöht.

Parallel zum Zahnriemen 3 ist ein Flachbandkabel 12, das zur sicheren Ener­ gieübertragung auf die Lenksäule 1 dient, angeordnet. Das Flachbandkabel 12 läuft über die Führungsrollen 13 und 14, die jeweils mit der Antriebszahnrie­ menscheibe 2 und der Abtriebszahnriemenscheibe 4 zentrisch fest verbunden sind. Fig. 3 zeigt den Verlauf des Flachbandkabels 12. Dieses ist an der Füh­ rungsrolle 13 befestigt. Bei Drehung der Lenksäule 1 wird die Führungsrolle 13 bewegt, die fest mit der Antriebszahnriemenscheibe 2 verbunden ist. Über die Antriebszahnriemenscheibe 2, den Zahnriemen 3 und die Abtriebszahnriemenscheibe 4 wird die Führungsrolle 14 bewegt, die mit der Abtriebszahnriemen­ scheibe 4 fest verbunden ist. Damit bewegt sich das Flachbandkabel 12 und wird in die Auffangkassette 15 geleitet, in die es durch sein Eigengewicht fällt. Die elektrische Energie wird an einem Stecker 16, der am kassettenförmigen Gehäuse 5 befestigt ist, eingespeist und aa einem Stecker 17, der an der Füh­ rungsrolle 13 angeordnet ist, entnommen.

In Fig. 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel mit einem offenen Zahnriemen 18 und darin integrierten Leiterbahnen zum Übertragen der elektrischen Energie dargestellt. Wie im ersten Ausführungsbeispiel ist an der Lenksäule 1 eine An­ triebszahnriemenscheibe 2 angeordnet. Von der Antriebszahnriemenscheibe 2 wird die Drehbewegung der Lenksäule 1 über den Zahnriemen 18 auf die Ab­ triebszahnriemenscheibe 4 übertragen. Der Zahnriemen 18 ist gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel geöffnet und ermöglicht so neben dem Übertragen der Bewegung gleichzeitig ein Übertragen der elektrischen Energie. In Fig. 5 ist der Verlauf des offenen Zahnriemens 18 dargestellt. Dieser Zahnriemen 18 besitzt eine beidseitige Verzahnung und ist mit Leiterbahnen durchsetzt. Der Zahnriemen 18 ist mit seinem einen Ende an der Antriebszahnriemenscheibe 2 befestigt und beginnt sich bei Drehung der Lenksäule 1 auf der Antriebszahn­ riemenscheibe 2 definiert auf seinen eigenen Zähnen aufzurollen. Der offene Zahnriemen 18 läuft über die Abtriebszahnriemenscheibe 4 und fällt durch sein Eigengewicht in die Auffangkassette 15. Durch eine Feder 19, die an der Ab­ triebszahnriemenscheibe 4 angebracht ist und sich am kassettenförmigen Ge­ häuse 5 abstützt, wird der offene Zahnriemen 18 ständig gespannt.

Die elektrische Energie wird am Stecker 16, der am Gehäuse 5 befestigt ist und mit den Leiterzügen des offenen Zahnriemens 18 verbunden ist, einge­ speist und am Stecker 17, der an der Antriebszahnriemenscheibe 2 angeordnet und mit den Leiterzügen des offenen Zahnriemens 18 verbunden ist, entnom­ men.

Claims (8)

1. Anordnung zum Erfassen des Drehwinkels von Lenksäulen und zum Über­ tragen der elektrischen Energie auf Lenksäulen, insbesondere für Kraftfahr­ zeuge aller Art oder für Maschinen oder Geräte, dadurch gekennzeichnet, daß, die Einrichtung zum Erfassen des Drehwinkels der Lenksäule (1) und die Einrichtung zum Übertragen der elektrischen Energie auf die Lenksäule (1) in einer gemeinsamen Baugruppe, die als kasettenförmiges Gehäuse (5) ausgebildet ist, integriert sind, umfassend zwei Potentiometer (8, 9) zum Erfassen des Drehwinkels und ein Zahnriemengetriebe (12, 18) zur Ener­ gieübertragung.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung des Drehwinkels durch eine Widerstandsmessung mittels Potentiometer (8, 9) erfolgt.

3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß insbe­ sondere zwei Potentiometern (8, 9) mit einer Abtriebsradriemenscheibe (4) gekoppelt sind.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehbewegung der Lenksäule (1) mittels eines Zahnriemengetrie­ bes (2, 3, 4, 18) auf die Potentiometer (8, 9) übertragbar ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Verwendung von Zahnriemengetrieben (2, 3, 4, 18) die Ein­ richtungen zur Erfassung des Drehwinkels (8, 9) an unterschiedlichen Orten innerhalb eines Fahrzeuges oder der Maschinen und Geräte befestigbar sind.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Zahnriemengetriebe (2, 3, 4) gleichzeitig ein Flachbandkabel (12) angetrieben wird.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Energie über einen offenen Antriebsriemen (18) mit in­ tegrierten Leiterbahnen übertragbar ist.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung unabhängig vom Durchmesser einer Lenksäule ist.