DE102004041068B4

DE102004041068B4 - Signalübertragungseinheit, Lenkstockschalter und Lenkwinkelsensor

Info

Publication number: DE102004041068B4
Application number: DE102004041068.2A
Authority: DE
Inventors: Martin Hasch; Rainer Lipfert; Karl Simonis; Roland Grüner; Bernd Binder; Jürgen Suchanek
Original assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Current assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date: 2004-08-19
Filing date: 2004-08-19
Publication date: 2016-09-22
Anticipated expiration: 2024-08-20
Also published as: DE102004041068A1

Abstract

Signalübertragungseinheit (10), mit einem Stator (12), mit einem gegenüber dem Stator (12) verdrehbaren Rotor (14) und mit wenigstens einem zwischen dem Rotor (14) und dem Stator (12) angeordneten, beim Verdrehen des Rotors (14) wenigstens abschnittsweise auf- oder abwickelbaren Verbindungselement (16) zur Übertragung von elektrischen Signalen zwischen dem Rotor (14) und dem Stator (12), dadurch gekennzeichnet, dass am Stator (12) ein vom Rotor (14) antreibbares Ringelement (18) exzentrisch zur Drehachse (20) des Rotors (14) drehbar gelagert ist, über dessen relative Drehlage zum Rotor (14) und/oder zum Stator (12) eine Lageerkennung der jeweiligen Auf- und/oder Abwicklung des Verbindungselements (16) möglich ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Signalübertragungseinheit mit einem Stator, einem gegenüber dem Stator verdrehbaren Rotor und mit wenigstens einem zwischen dem Rotor und dem Stator angeordneten, beim Verdrehen des Rotors wenigstens abschnittsweise auf- oder abwickelbaren, Verbindungselement zur Übertragung von elektrischen Signalen zwischen dem Rotor und dem Stator. Die Erfindung betrifft ebenfalls einen Lenkstockschalter und einen Lenkwinkelsensor für insbesondere Kraftfahrzeuge.
Derartige Signalübertragungseinheiten können beispielsweise im Lenkstockbereich eines Fahrzeugs Verwendung finden, wobei dann der Rotor insbesondere vom Lenkrad oder von der Lenkstockspindel angetrieben wird und der Stator karosserieseitig befestigt ist. Bei modernen Fahrzeugen werden eine Reihe von Funktionen über Schalter am Lenkrad betätigt. Über eine die Erfindung betreffende Signalübertragungseinheit können die durch Schalter ausgelösten, elektrischen Signale karosserieseitigen, der Drehbewegung des Lenkrads nicht folgenden Verbrauchern oder Steuergeräten zugeführt werden. Als auf- oder abwickelbares Verbindungselement kommen insbesondere Flachbandkabel, auch als Wickelfedern bezeichnet, in Betracht.
Aus der DE 32 04 913 C2 und der DE 198 55 051 A1 sind solche Signalübertragungseinheiten bekannt geworden.
Bei den bekannten Übertragungseinheiten hat sich als problematisch herausgestellt, dass bei zu weitem Verdrehen des Rotors, über seine eigentliche Endstellung hinaus, das Verbindungselement beschädigt werden kann. Insbesondere kann das Verbindungselement beim Überdrehen mit höheren Drehmomenten vom Rotor und/oder vom Stator abgerissen werden. Ferner ist insbesondere beim Einbau der Signalübertragungseinheit darauf zu achten, dass sich der Rotor gegenüber dem Stator in einer neutralen Mittelstellung befindet; das heißt der Rotor ist in die eine Richtung gleichweit verdrehbar wie in die andere Richtung.
In der Regel ist das auf- oder abwickelbare Verbindungselement dabei insbesondere innerhalb des Stators, beziehungsweise Rotors, angeordnet und deshalb nicht sichtbar. Insofern kann eine optische Kontrolle einer Lageerkennung der Auf- und/oder Abwicklung des Verbindungselements nicht durchgeführt werden.
Aus der DE 44 36 172 A1 ist eine elektrische Verbindungseinrichtung bekannt, um elektrische Signale zu einem Luftsack an einem Lenkrad zu übertragen. Die Einrichtung umfasst einen feststehenden Stator, einen mit dem Lenkrad drehbewegten Rotor sowie eine spiral aufgewickelten flexiblen elektrischen Leiter. Um die Winkellage zwischen Rotor und Stator erkennen zu können, ist ferner Anzeigevorrichtung mit einem Stift vorgesehen, der an einer spiralförmigen Bahn am Rotor oder Stator eintaucht und über einen Bolzen am anderen Bauteil gleitbeweglich gelagert ist.
Aus der DE 100 19 795 A1 ist ein Lenkstockschalter mit integriertem Lenkwinkelsensor bekannt, wobei der Lenkwinkelsensor eine mit dem Lenkrad drehbewegte, codierte Lochscheibe sowie einen Rundenzähler aufweist.
Aus der FR 2 781 737 A1 ist ein Lenkstockmodul mit einem Umdrehungszähler für die Lenkradumdrehungen bekannt. Der Umdrehungszähler umfasst eine mit dem Lenkrad drehbewegte Indexscheibe mit Symbolen, welche durch ein Fenster im Stator sichtbar sind. Die Symbole kennzeichnen die Mittelstellung sowie Stellung mit einer oder zwei vollen Umdrehungen in die Drehrichtungen des Lenkrads und sind derart angeordnet, dass sie in der entsprechenden Drehstellung der Indexscheibe im Überdeckungsbereich mit dem Sichtfenster des Stators angeordnet sind.
Aus der EP 0 953 494 A2 ist ein Lenkwinkelsensor mit einem mit dem Lenkrad drehgekoppelter Codescheibe sowie einem Rundenzähler bekannt, dessen Messkörper über ein Getriebe mit mit dem Rotor gekoppelt ist. Die Positionen von Codescheibe und Messkörper werden vorzugsweise mit einer optischen Messeinrichtung erfasst. Der Lenkwinkelsensor kann ferner einen integrierten elektrischen Drehverbinder zur Übertragung von Signalen zwischen Lenkrad und Lenksäule aufweisen.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Signalübertragungseinheit der eingangs beschriebenen Art derart weiterzubilden, dass eine besonders präzise Lageerkennung der Auf- und/oder Abwicklung des Verbindungselements möglich ist. Die Signalübertragungseinheit soll dabei klein bauen und einen einfachen Aufbau aufweisen. Außerdem soll sie möglichst geräuscharm betreibbar sein.
Diese Aufgabe wird mit einer Signalübertragungseinheit der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, dass am Stator ein vom Rotor antreibbares Ringelement exzentrisch zur Drehachse des Rotors angeordnet ist, über dessen relative Drehlage zum Rotor und/oder zum Stator eine Lageerkennung der jeweiligen Auf- und/oder Abwicklung des Verbindungselements möglich ist. Durch die exzentrische Anordnung des Ringelements wird gewährleistet, dass der Rotor und das Ringelement lediglich in einem definierten Bereich miteinander drehgekoppelt sind. Ein sicheres Antreiben des Ringelements über den Rotor ist folglich möglich. Die Lageerkennung des Verbindungselements kann dann anhand der relativen Lage des Ringelements zum Rotor und/oder zum Stator bestimmt werden.
Das Antreiben des Ringelements durch den Rotor erfolgt insbesondere gleichförmig, das heißt es treten keine störenden ruckartigen Drehbewegungen auf und es werden keine störenden Klackgeräusche generiert.
Vorteilhafterweise treibt der Rotor das Ringelement mit einem Übersetzungsverhältnis Rotor/Ringelement ungleich 1 an. Dadurch wird gewährleistet, dass die Drehgeschwindigkeit des Ringelements beim Verdrehen des Rotors zu der Drehgeschwindigkeit des Rotors unterschiedlich ist. Hierdurch ergibt sich je nach Drehstellung, das heißt je nach Auf- und/oder Abwicklung des Verbindungselements, eine jeweils andere relative Lage zwischen dem Ringelement und dem Rotor. Aufgrund dieser jeweiligen relativen Lage kann auf den Grad der Auf- und/oder Abwicklung des Verbindungselements rückgeschlossen werden.
Insbesondere vorteilhaft ist, wenn das Ringelement form- oder reibschlüssig vom Rotor angetrieben wird. Als formschlüssiger Antrieb kann insbesondere eine Verzahnung vorgesehen sein, wobei insbesondere der Rotor eine radial außen liegende Verzahnung aufweist, die mit einer am Ringelement radial innen liegenden Gegenverzahnung zusammenwirkt.
Vorzugsweise sieht die Verzahnung am Ringelement wenigstens einen Zahn mehr vor als die Verzahnung am Rotor. Der Rotor dreht sich folglich schneller als das Ringelement, da er weniger Zähne vorsieht.
Vorteilhafterweise sieht das Ringelement eine Markierung vor, die zusammen mit einer am Rotor angeordneten Anzeige des zulässigen Verdrehbereichs des Rotors gegenüber dem Stator die Lageerkennung ermöglicht. Durch die ringelementseitige Markierung und die rotorseitige Anzeige kann die Auf- oder Abwickellage des Verbindungselements vergleichsweise präzise bestimmt werden.
Insbesondere ist vorteilhaft, wenn die rotorseitige Anzeige eine Mittelstellungsmarkierung aufweist, die die Mittelstellung der Auf- beziehungsweise Abwicklung des Verbindungselements anzeigt. Hierdurch ist es möglich, durch Verdrehen des Rotors, beispielsweise vor dem Einbau der Signalübertragungseinheit, die neutrale Mittelstellung durch Verdrehen des Rotors zu erreichen.
Erfindungsgemäß kann ferner vorgesehen sein, dass die rotorseitige Anzeige als ein in radialer Richtung ragendes Ringkulissensegment ausgebildet ist, innerhalb dessen sich die ringelementseitige, insbesondere nach axial oben in das Ringkulissensegment ragende, Markierung befindet. Hierdurch wird eindeutig angezeigt, in welchem Teilabschnitt sich die Markierung innerhalb des gesamten zulässigen Verdrehbereichs der Anzeige befindet.
Ferner ist erfindungsgemäß vorteilhaft, wenn die Verdrehung des Rotors gegenüber dem Stator durch Anschlagen der Markierung an den sich in radialer Richtung erstreckenden Stirnseiten des Ringkulissensegments beschränkt wird. Hierdurch wird gewährleistet, dass ein ungewolltes, gegebenenfalls zu Beschädigungen führendes Überdrehen des Rotors sicher verhindert wird. Bei Erreichen der jeweiligen Drehendlage schlägt folglich die Markierung zur Begrenzung der Verdrehung an der jeweiligen Stirnseite des Ringkulissensegments an.
Erfindungsgemäß ist außerdem vorteilhaft, wenn der Stator eine Ringaufnahme für die drehbare Lagerung des Ringelements aufweist. Eine Ringaufnahme kann beispielsweise durch einen vorzugsweise umlaufende, exzentrisch zur Drehachse des Rotors angeordneten Ringsteg realisiert sein. Der Ringsteg begrenzt damit die Aufnahmefläche für das Ringsegment; die exzentrische Anordnung des Ringelements wird damit gewährleistet.
Die eingangs genannte Aufgabe wird außerdem gelöst mit einem Lenkstockschalter und/oder einem Lenkwinkelsensor mit einer erfindungsgemäßen Signalübertragungseinheit.
Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert wird.
Es zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Signalübertragungseinheit in perspektivischer Ansicht von schräg oben;
2 die Signalübertragungseinheit gemäß 1 mit teilabgenommenem Rotor;
3 einen Querschnitt durch die Signalübertragungseinheit gemäß 1.
Die in den Figuren dargestellte Signalübertragungseinheit 10 umfasst einen Stator 12 und einen am Stator drehbar gelagerten Rotor 14. Zwischen dem Rotor und dem Stator ist ein in 3 dargestelltes Verbindungselement 16 in Form eines Flachbandkabels angeordnet. Das Flachbandkabel 16 dient zur Übertragung von Signalen zwischen dem Stator und dem Rotor. Beim Drehen des Rotors in die eine Richtung wird das Flachbandkabel 16 aufgewickelt; beim Drehen des Rotors in die andere Richtung abgewickelt. Bei der Erfindung kann durchaus vorgesehen sein, dass das Flachbandkabel 16 von Stützelementen gestützt wird und/oder dass das Flachbandkabel zwischen dem Rotor und dem Stator wenigstens eine 180°-Schlaufe macht.
Um die jeweilige Lage der Auf- und/oder Abwicklung des Flachbandkabels 16 zu erkennen, ist am Stator 12 ein vom Rotor 14 antreibbares Ringelement 18 exzentrisch zur Drehachse 20 des Rotors 14 angeordnet. Die exzentrische Anordnung ist insbesondere der 3 deutlich zu entnehmen, bei der die Drehachse des Ringelements 18 mit dem Bezugzeichen 22 gekennzeichnet ist. Das Ringelement 18 ist in einer am Stator vorgesehenen Ringaufnahme 24 angeordnet, die von einem umlaufenden, entsprechend exzentrisch zur Drehachse 20 des Rotors 14 angeordneten Ringsteg 26 begrenzt wird. Das Ringelement 18 ist in der Ringaufnahme 24 gegenüber dem Stator 12 drehbar.
Der mehrteilig ausgebildete Rotor 14 sieht gemäß 2 einen Zahnringabschnitt 14.1 vor, der mit dem Grundteilabschnitt 14.2 fest verbindbar, beispielsweise verschraubbar oder verklipsbar, ist. Der Zahnringabschnitt 14.1 weist auf seiner radialen Außenseite Zähne auf, die mit am Ringelement 18 radial innen angeordneten Zähnen korrespondieren. Der Rotor 14 treibt über diese Verzahnung das Ringelement 18 an. Anstelle von einer derartigen Verzahnung kann ein anderer formschlüssiger oder ein reibschlüssiger Antrieb vorgesehen sein.
Das Übersetzungsverhältnis Rotor/Ringelement ist bei der Signalübertragungseinheit 10 kleiner 1, da der Rotor einen Zahn weniger aufweist als das Ringelement.
Durch die relative Drehlage des Rotors 14 zu dem Ringelement 18 wird eine Lageerkennung der jeweiligen Auf- und/oder Abwicklung des Flachbandkabels 16 ermöglicht. Dazu ist am Ringelement 18 eine Markierung in Form eines in axialer Richtung nach oben abstehenden Zapfens vorgesehen. Am Rotor 14, beziehungsweise am Zahnringabschnitt 14.1, ist eine Anzeige 34 für den zulässigen Verdrehbereich des Rotors gegenüber dem Stator in Form eines Ringkulissensegments 36 vorgesehen. Wie aus der 1 deutlich wird, ragt im montierten Zustand der Zapfen 32 in das Ringkulissensegment 36.
In der 1 befindet sich der Rotor in der neutralen Mittelstellung, das heißt der Rotor ist in beide Drehrichtungen gleich weit verdrehbar. In dieser neutralen Mittelstellung befindet sich der Zapfen 32 im mittleren Bereich des Ringkulissensegments 36.
Die Verdrehung des Rotors wird durch Anschlagen des Zapfens 32 an den sich in radialer Richtung erstreckenden Stirnseiten 38 des Ringkulissensegments 36 begrenzt. Hierdurch wird verhindert, dass ein Überdrehen des Rotors sowohl in die eine Richtung, als auch in die andere Richtung, erfolgen kann.

Claims

Signalübertragungseinheit (10), mit einem Stator (12), mit einem gegenüber dem Stator (12) verdrehbaren Rotor (14) und mit wenigstens einem zwischen dem Rotor (14) und dem Stator (12) angeordneten, beim Verdrehen des Rotors (14) wenigstens abschnittsweise auf- oder abwickelbaren Verbindungselement (16) zur Übertragung von elektrischen Signalen zwischen dem Rotor (14) und dem Stator (12), dadurch gekennzeichnet, dass am Stator (12) ein vom Rotor (14) antreibbares Ringelement (18) exzentrisch zur Drehachse (20) des Rotors (14) drehbar gelagert ist, über dessen relative Drehlage zum Rotor (14) und/oder zum Stator (12) eine Lageerkennung der jeweiligen Auf- und/oder Abwicklung des Verbindungselements (16) möglich ist.
Signalübertragungseinheit (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (14) das Ringelement (18) mit einem Übersetzungsverhältnis Rotor/Ringelement ungleich 1 antreibt.
Signalübertragungseinheit (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ringelement (18) form- oder reibschlüssig vom Rotor (14) angetrieben wird.
Signalübertragungseinheit (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als formschlüssiger Antrieb eine Verzahnung vorgesehen ist.
Signalübertragungseinheit (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung am Ringelement wenigstens einen Zahn mehr aufweist als die Verzahnung am Rotor.
Signalübertragungseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ringelement (18) eine Markierung (32) aufweist, die zusammen mit einer am Rotor (14) angeordneten Anzeige (34) des Verdrehbereichs des Rotors (14) gegenüber dem Stator (12) die Lageerkennung ermöglicht.
Signalübertragungseinheit (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die rotorseitige Anzeige (34) eine Mittelstellungsmarkierung aufweist, die die Mittelstellung der Auf- bzw. Abwicklung des Verbindungselements (16) anzeigt.
Signalübertragungseinheit (10) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die rotorseitige Anzeige (34) als ein wenigstens abschnittsweise um die Drehachse (20) des Rotors verlaufendes Ringkulissensegment (36) ausgebildet ist, innerhalb dessen sich die ringelementseitige Markierung (32) befindet.
Signalübertragungseinheit (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehung des Rotors gegenüber dem Stator durch Anschlagen der Markierung (32) an den sich in radialer Richtung erstreckenden Stirnseiten (38) des Ringkulissensegments (36) begrenzt wird.
Signalübertragungseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (12) eine Ringaufnahme (24) für die drehbare Lagerung des Ringelements (18) aufweist.
Lenkstockschalter mit einer Signalübertragungseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Lenkwinkelsensor mit einer Signalübertragungseinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.