DE10209416B4

DE10209416B4 - Vorrichtung zur berührungsfreien Hochfrequenzübertragung

Info

Publication number: DE10209416B4
Application number: DE2002109416
Authority: DE
Inventors: Jörg Dr. Dammköhler; Heiko Dr. Jausel; Uwe Neumann-Henneberg
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2002-03-05
Filing date: 2002-03-05
Publication date: 2006-10-19
Anticipated expiration: 2022-03-06
Also published as: DE10209416A1

Abstract

Vorrichtung zur berührungslosen Hochfrequenzübertragung elektrischer Energie und/oder Daten in einem Kraftfahrzeug zwischen einer um eine oder mehrer Umdrehungen drehbaren Lenkspindel (1) eines Lenkrads, und einem stationären Teil, mit einem mit der drehbaren Lenkspindel (1) verbundenen, ein Schaltungsmuster mit elektronischen Bauelementen und eine leitend damit verbundene planare Rotorspule (10) aufweisenden Sende- oder Empfängermodul, mit einem mit dem stationären Teil verbundenen, ein zweites Schaltungsmuster mit elektronischen Bauelementen und eine leitend damit verbundene planare Statorspule aufweisenden Empfänger- oder Sendemodul, wobei Rotorspule (10) und Statorspule jeweils auf einem Spulenträger (9) angeordnet und koaxial einander gegenüberliegend mit geringem Abstand zueinander angeordnet sind, wobei die Rotorspule (10) und/oder die Statorspule ein aus einem Blech gestanztes, etwa ringartiges Stanzgitter (18) mit einem Abstand zwischen seinen spiralartigen Windungen ist, das in eine ringscheibenförmige Spulenträgerfläche (13) eines aus einem isolierenden technischen Kunststoff als Spritzgussteil ausgebildeten Spulenträgers (9) eingespritzt ist, wobei die Spulenträgerfläche (13) an einem flanschartigen Bauteil (11) des...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur berührungsfreien Hochfrequenzübertragung elektrischer Energie und/oder Daten in einem Kraftfahrzeug zwischen einer um eine oder mehrere Umdrehungen drehbaren Lenkspindel eines Lenkrads und einem stationären Teil.
Bei derartigen Vorrichtungen ist es von wesentlicher Bedeutung, dass der Abstand zwischen Statorspule und Rotorspule und damit die Übertragungsstrecke der zu übertragenden Signale möglichst gering ist, um die Sicherheit einer korrekten berührungslosen Signalübertragung zu gewährleisten. Da eine der Spulen an einem drehbaren Bauteil und die andere Spule an einem ortsfesten Bauteil angeordnet ist, sind die sich addierenden Herstellungstoleranzen und damit der einzuhaltende Mindestabstand zwischen den Spulen groß.

Aus der DE 195 32 914 A1 ist eine Vorrichtung zur berührungslosen Hochfrequenzübertragung von Daten eines Drucksensors in einem Reifen eines Kraftfahrzeugs bekannt. Diese Daten werden von einer spiralartig in den Gummi der Seitenwand des Reifens einvulkanisierten Rotorspule aus einem Draht zu einer an einem stationären Teil des Kraftfahrzeugs angeordneten Empfangseinrichtung übertragen.

Aus der DE 690 21 509 T2 ist eine Enteisungsvorrichtung für Flugzeuge bekannt, bei der auf die zu enteisenden Teile des Flugzeugs wie z.B. die Tragflächen Heizspulen angeordnet werden. Diese können in einem Stanzvorgang oder einer spanabhebenden Bearbeitung hergestellt und auf einem Trägerblatt befestigt sein, wobei das Trägerblatt dann auf das zu enteisende Teil aufgebracht wird.

Aus der DE 195 38 528 A1 ist eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bekannt, bei der sich eine mit der Lenkspindel verbundene Rotorspule und eine mit einem stationären Teil verbundene Statorspule radial zur Drehachse der Lenkspindel gegenüber liegen. Beide Spulen bestehen aus mehreren Windungen eines Spulendrahtes, die in einem kastenartigen Spulenträger angeordnet sind.

Aufgabe der Erfindung ist es daher eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Vorrichtung einfach aufgebaut und leicht herstellbar ist sowie gute Eigenschaften zur Daten- und Energieübertragung aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Dabei können die Windungen spiralartig oder meandrierend ausgebildet sein.

Durch die Verwendung eines Stanzgitters kann die Spule einfach hergestellt werden. Das Einspritzen in den Spulenträger führt gleichzeitig zu einer Isolierung der Windungen der Spule voneinander und zu einer Befestigung der Spule auf dem Spulenträger.

Durch die exakt plane Herstellbarkeit des Stanzgitters und damit der Rotorspule und/oder der Statorspule können Statorspule und Rotorspule mit nur geringem Abstand zueinander angeordnet werden, was zu einer hohen Sicherheit der korrekten Daten- und Energieübertragung und zu einem geringen erforderlichen axialen Bauraum der Vorrichtung führt.

Eine weitere Verringerung des Abstands von Rotorspule und Statorspule voneinander und eine weitere Erhöhung der Sicherheit der korrekten Daten- und Energieübertragung wird erreicht, wenn das Stanzgitter seine der Spulenträgerfläche abgewandte Seite zumindest weitgehend freilassend in den Spulenträger eingespritzt ist.

Die Spulenträgerfläche ist vorzugsweise an einem flanschartigen Bauteil des Spulenträgers ausgebildet.

Ist das freie Ende der inneren Windung des Stanzgitters und/oder das freie Ende der äußeren Windung des Stanzgitters als flächiger Anschlusskontakt ausgebildet, so ergibt dies eine Reduzierung der Bauteile und der erforderlichen Herstellungsschritte.

Besondere Befestigungselemente für den Anschlusskontakt erübrigen sich, wenn der flächige Anschlusskontakt einen Kontaktbereich frei lassend in den Spulenträger eingespritzt ist.

Zur Anordnung des Anschlusskontakts in einem anderen Bereich als dem Bereich der Spule kann der Anschlusskontakt insbesondere rechtwinklig von der Ebene des Stanzgitters abgebogen sein, so dass eine mit dem Anschlusskontakt zu verbindende Leitung einfach zur Kontaktstelle hingeführt werden kann.

Sind beide Anschlusskontakte um eine etwa gemeinsame Biegelinie zur selben Seite der Stanzgitterebene hin abgebogen, so können die Anschlusskontakte in eine gemeinsame Ebene nebeneinanderliegend abgebogen werden und ermöglichen so eine einfache, gemeinsame Hinführung der zu den Anschlusskontakten hinzuführenden Anschlussleitungen.

Erstreckt sich dabei die gemeinsame Biegelinie etwa tangential zu dem Ende der inneren Windung des Stanzgitters hin, befinden sich die Anschlusskontakte im Bereich der inneren Windung des Stanzgitters zur leichten Kontaktierung und erfordern keinen über die radiale Erstreckung der Spule radial hinausgehenden Bauraum.

Auch wenn der oder die Anschlusskontakte sich auf die der Spulenträgerfläche abgewandte Seite des flanschartigen Bauteils des Spulenträgers erstrecken, befinden sich die Anschlusskontakte an einer nur geringen Bauraum erfordernden Stelle der Vorrichtung.

Ist der Außendurchmesser der Rotorspule oder der Statorspule gegenüber dem Außendurchmesser der Statorspule oder der Rotorspule größer und/oder der Innendurchmesser der Rotorspule oder der Statorspule gegenüber dem Innendurchmesser der Statorspule oder der Rotorspule kleiner, so werden radiale Toleranzen der eingebauten Spulen zueinander ganz oder erheblich ausgeglichen, da das Maß der radialen Überdeckung groß ist oder sogar eine vollständige Überdeckung sichergestellt werden kann, was zu sehr guten Übertragungseigenschaften führt.

Eine gute elektrische Isolierung der Windungen der Spule voneinander wird dadurch erreicht, dass der Spulenträger aus Polyamid oder aus Polybutylenterephtalat oder aus Acrylnitryl-Butadienstyrol oder Polyphenylensulfid besteht.

Ein einfaches und kostengünstiges Verfahren ohne großen Vorrichtungsaufwand und mit wenigen Schritten zum Herstellen der Vorrichtung besteht darin, dass das Stanzgitter aus einem Blech mit die Abstände zwischen den Windungen überbrückenden Verbindungsstegen ausgestanzt, in ein Spritzgießwerkzeug für den Spulenträger eingelegt, die Verbindungsstege freigestanzt und das Stanzgitter mit einem isolierenden technischen Kunststoff den Spulenträger ausbildend umspritzt wird.

Dabei stellen die Verbindungsstege die Formstabilität des Stanzgitters während des Herstellungsprozesses sicher und werden dann, wenn die Formstabilität durch das Spritzgießwerkzeug sichergestellt wird, den elektrischen Kurzschluss zwischen den Windungen trennend freigestanzt.

Dies kann ohne zusätzlichen Herstellungsaufwand dadurch erfolgen, dass die Verbindungsstege beim Zufahren des Spritzgießwerkzeugs durch das Spritzgießwerkzeug freigestanzt werden.

Kann allein durch das Einlegen des Stanzgitters in das Spritzgießwerkzeug die Stabilität des Stanzgitters sicher gestellt werden, so kann das Stanzgitter aus einem Blech ausgestanzt, in ein Spritzgießwerkzeug für den Spulenträger eingelegt und mit einem isolierenden Thermoplast den Spulenträger ausbildend umspritzt werden.

Zur Anordnung der Anschlusskontakte in einer anderen Ebene als das Stanzgitter können vor dem Einlegen des Stanzgitters die zu Anschlusskontakten ausgebildeten freien Enden der inneren und/oder äußeren Windungen des Stanzgitters abgebogen werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
1 eine perspektivische Vorderansicht einer Vorrichtung mit einer Rotorspule
2 eine perspektivische Rückansicht der Vorrichtung nach 1
3 eine perspektivische Vorderansicht des Spulenträgers der Vorrichtung nach 1
4 eine perspektivische Rückansicht des Spulenträgers nach 3
5 eine Draufsicht eines Stanzgitters des Spulenträgers nach 3
6 eine perspektivische Ansicht des Stanzgitters nach 5.
Die dargestellte Vorrichtung zeigt eine Lenkspindel 1, die an ihrem einen Ende als Keilwelle 3 zur drehfesten Verbindung mit der Nabe eines nicht dargestellten Lenkrads ausgebildet ist.
An ihrem anderen Ende ist die Lenkspindel 1 topfartig ausgebildet und besitzt an der radial umlaufenden Innenwand des Topfes 4 eine Kupplungsverzahnung 2.
Ein nicht dargestellter zweiter Topf einer zu einer Lenkung führenden Welle ist dazu vorgesehen, mit einer Gegenkupplungsverzahnung in die Kupplungsverzahnung 2 einzugreifen, wobei zwischen der Gegenkupplungsverzahnung und der Kupplungsverzahnung 2 in Umfangsrichtung ein Spiel besteht, so dass eine Überlastkupplung gebildet wird.
Ein flacher Torsionsstab 5 ist mit einem Ende fest mit dem Topf 4 und mit dem anderen Ende drehfest mit dem zweiten Topf verbunden und trägt auf seiner Oberfläche eine Sensorik 6 zur Erfassung der Torsion des Torsionsstabs 5, woraus in einer ebenfalls auf dem Torsionsstab 5 angeordneten Auswerteschaltung 7 mit Sendemodul das über das Lenkrad auf die Lenkspindel 1 einwirkende Drehmoment ermittelt wird.
Ein entsprechendes Signal wird von dem Sendemodul über eine flexible Verbindung 8 einer auf einem Spulenträger 9 angeordneten Rotorspule 10 zugeleitet.
Der Spulenträger 10 ist ringartig mit einem Flanschteil 11 und einem koaxial nach einer Seite wegragenden Rohrteil 12 ausgebildet. Der Innendurchmesser des Flanschteils 11 entspricht dabei dem Innendurchmesser des Rohrteils 12.
Der Spulenträger 9 umschließt mit seinem Rohrteil 12 die äußere radial umlaufende Mantelfläche des Topfs 4 und ist fest mit dem Topf 4 verbunden.
Die dem Rohrteil 12 abgewandte Ringfläche des Flanschteils 11 bildet eine Spulenträgerfläche 13. An der Spulenträgerfläche 13 ist die als planare spiralartige Spule ausgebildete Rotorspule 10 dadurch fest angeordnet, dass zunächst aus einem Blech ein ringartiges, planares Stanzgitter 18 ausgestanzt wird, das einen Abstand zwischen seinen spiralartigen Windungen besitzt. Zur Formstabilisierung ist der Abstand zwischen den Windungen an vielen Stellen durch mitausgestanzte Verbindungsstege 19 überbrückt. Weiterhin sind an den freien Enden der inneren und äußeren Windungen Verbindungen 16 und 17 sowie flächige Anschlusskontakte 14 und 15 mitausgestanzt.
Entlang einer gemeinsamen Biegelinie 20, die sich etwa tangential zu dem Ende der inneren Windung erstreckt, sind die Anschlusskontakte 14 und 15 im Bereich der Verbindungen 16 und 17 zur selben Seite der Stanzgitterebene hin so rechtwinklig abgebogen, dass sich die Ebenen der Anschlusskontakte 14 und 15 in einer gemeinsamen Ebene befinden.
In diesem Zustand wurde das Stanzgitter 18 in ein Spritzgießwerkzeug zum Herstellen des Spulenträgers 9 eingelegt. Beim Zufahren des Spritzgießwerkzeugs erfolgte ein Freistanzen der Verbindungsstege 19, indem diese aufgetrennt und aus der Ebene des Stanzgitters 18 abgebogen wurden, so dass kein Kurzschluss zwischen den einander benachbarten Windungen über die Verbindungsstege 19 mehr gegeben ist.
Anschließend wurde der Spulenträger 9 mit einem elektrisch isolierenden Thermoplast gespritzt, wobei das Stanzgitter 18 unter Freilassung der der Spulenträgerfläche 13 abgewandten Seite des Stanzgitters 18 eingespritzt wurde.
Dabei wurden auch die Anschlusskontakte 14 und 15 Kontaktbereiche freilassend in das Rohrteil 12 des Spulenträgers 9 eingespritzt.
Nach dem Zusammenbau der Vorrichtung wurde die flexible Verbindung 8 zum einen mit der Auswerteschaltung 7 und zum anderen mit den Anschlusskontakten 14 und 15 verbunden, so dass die von der Sensorik 6 und der Auswerteschaltung 7 erzeugten Signale zu der Rotorspule 10 geleitet werden. Der Rotorspule 10 mit geringem Abstand gegenüberliegend ist eine fest angeordnete, nicht dargestellte planare Statorspule angeordnet, durch die Signale der Rotorspule 10 empfangen und einem Empfängermodul weitergeleitet werden.

Claims

Vorrichtung zur berührungslosen Hochfrequenzübertragung elektrischer Energie und/oder Daten in einem Kraftfahrzeug zwischen einer um eine oder mehrer Umdrehungen drehbaren Lenkspindel (1) eines Lenkrads, und einem stationären Teil, mit einem mit der drehbaren Lenkspindel (1) verbundenen, ein Schaltungsmuster mit elektronischen Bauelementen und eine leitend damit verbundene planare Rotorspule (10) aufweisenden Sende- oder Empfängermodul, mit einem mit dem stationären Teil verbundenen, ein zweites Schaltungsmuster mit elektronischen Bauelementen und eine leitend damit verbundene planare Statorspule aufweisenden Empfänger- oder Sendemodul, wobei Rotorspule (10) und Statorspule jeweils auf einem Spulenträger (9) angeordnet und koaxial einander gegenüberliegend mit geringem Abstand zueinander angeordnet sind, wobei die Rotorspule (10) und/oder die Statorspule ein aus einem Blech gestanztes, etwa ringartiges Stanzgitter (18) mit einem Abstand zwischen seinen spiralartigen Windungen ist, das in eine ringscheibenförmige Spulenträgerfläche (13) eines aus einem isolierenden technischen Kunststoff als Spritzgussteil ausgebildeten Spulenträgers (9) eingespritzt ist, wobei die Spulenträgerfläche (13) an einem flanschartigen Bauteil (11) des Spulenträgers (9) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stanzgitter (18) seine der Spulenträgerfläche (13) abgewandte Seite zumindest weitgehend freilassend in den Spulenträger (9) eingespritzt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das freie Ende der inneren Windung des Stanzgitters (18) und/oder das freie Ende der äußeren Windung des Stanzgitters (18) als flächiger Anschlusskontakt (14, 15) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der flächige Anschlusskontakt (14, 15) einen Kontaktbereich freilassend in den Spulenträger (9) eingespritzt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlusskontakt (14, 15) insbesondere rechtwinklig von der Ebene des Stanzgitters (18) abgebogen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass beide Anschlusskontakte (14, 15) um eine etwa gemeinsame Biegelinie (20) zur selben Seite der Stanzgitterebene hin abgebogen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Biegelinie (20) sich etwa tangential zu dem Ende der inneren Windung des Stanzgitters (18) erstreckt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Anschlusskontakte (14, 15) sich auf die der Spulenträgerfläche (13) abgewandte Seite des flanschartigen Bauteils (11) des Spulenträgers (9) erstrecken.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser der Rotorspule (10) oder der Statorspule gegenüber dem Außendurchmesser der Statorspule oder der Rotorspule größer und/oder der Innendurchmesser der Rotorspule oder der Statorspule gegenüber dem Innendurchmesser der Statorspule oder der Rotorspule kleiner ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenträger (9) aus Polyamid oder aus Polybutylenterephtalat oder aus Acrylnitryl-Butadienstyrol oder aus Polyphenylensulfid besteht.
Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stanzgitter (18) aus einem Blech mit die Abstände zwischen den Windungen überbrückenden Verbindungsstegen (19) ausgestanzt, in ein Spritzgießwerkzeug für den Spulenträger (9) eingelegt, die Verbindungsstege (19) freigestanzt und das Stanzgitter (18) mit einem isolierenden technischen Kunststoff den Spulenträger (9) ausbildend umspritzt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsstege (19) beim Zufahren des Spritzgießwerkzeugs durch das Spritzgießwerkzeug freigestanzt werden.
Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Stanzgitter aus einem Blech ausgestanzt, in ein Spritzgießwerkzeug für den Spulenträger eingelegt und mit einem isolierenden technischen Kunststoff den Spulenträger ausbildend umspritzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Einlegen des Stanzgitters (18) die zu Anschlusskontakten (14, 15) ausgebildeten freien Enden der inneren und/oder äußeren Windungen des Stanzgitters (18) abgebogen werden.