DE19529528A1 - Anordnung zum kontaktlosen Übertragen von Signalen zwischen einem feststehenden und einem drehbar gelagerten Fahrzeugteil - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum kontaktlosen Übertragen von Signalen zwischen einem feststehenden und einem demgegenüber drehbar gelagerten Fahrzeugteil - vorzugsweise zwischen einem mit einem Airbag ausgestatteten Lenkrad und einer am Chassis angeordneten Steuerschaltung - welche Anordnung aus einem Übertrager besteht, dessen Primär- und Sekundärwicklung in getrennten, um die Drehachse des beweglichen Fahrzeugteils gegeneinander verdrehbaren Schalenkernen liegen.

Ein derartiger Drehübertrager, der in der Lage ist, sowohl Zündimpulse von einem am Chassis befestigten Steuergerät zu einem im Lenkrad angeordneten Airbag als auch in umgekehrter Richtung Diagnosesignale des Airbag-Zündpillenwiderstandes zum Steuergerät zu übertragen, ist aus einem Prospekt der Firma Eaton "Lebow, Torque and Force Transducer", 1993 bekannt.

Bei dem bekannten Drehübertrager bestehen die die Primär-und die Sekundärwicklung aufnehmenden Schalenkerne aus rotationssymmetrischen U-Profilen, die axial so hintereinander angeordnet sind, daß die Öffnungen der U-Profile einander zugewandt sind. Dadurch entsteht ein quer zur Drehachse des Übertragers verlaufender Luftspalt, den der magnetische Fluß in Richtung zur Drehachse schneidet. Bei dieser Anordnung der Schalenkerne wirkt sich eine axiale Verschiebung des Lenkrades auf der Lenksäule unmittelbar auf die Größe des Luftspaltes aus und damit auf den Kopplungsgrad zwischen Primär- und Sekundärwicklung. Ein übertragenes Signal wäre daher sehr stark abhängig von einem axialen Versatz zwischen den Schalenkernen des Übertragers. Ein zum Steuergerät übertragenes Diagnosesignal des Zündpillenwiderstandes könnte also eine falsche Information über die Funktionsfähigkeit des Airbag liefern.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art anzugeben, bei der ein axialer Versatz zwischen einem feststehenden und einem beweglichen Fahrzeugteil ein zwischen beiden Teilen kontaktlos übertragenes Signal möglichst wenig beeinflußt.

Vorteile der Erfindung

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 2 gelöst. Zeckmäßige Weiterbildungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Bei beiden in den Ansprüchen 1 und 2 angegebenen Lösungen ist es entscheidend, daß die Schalenkerne der Primär- und Sekundärwicklung so zueinander angeordnet sind, daß die Luftspalte zwischen ihnen parallel zur Drehachse verlaufen und damit der magnetische Fluß die Luftspalte radial zur Drehachse schneidet. Dadurch wird die Luftspaltbreite unabhängig von einem axialen Versatz zwischen den beiden Schalenkernen. Axiale Verschiebe- und Einbautoleranzen, beispielsweise eines Lenkrades, an dem einer der beiden Schalenkerne montiert ist, haben daher nur einen geringfügigen Einfluß auf die übertragenen Signale. Um jegliche Luftspaltänderungen auch bei größeren Toleranzen des axialen Versatzes auszuschließen, wird entsprechend Anspruch 1 eine der beiden einander zugewandten, den Luftspalt bildenden Stirnseiten der zwei Schalenkerne in Richtung der Drehachse gegenüber der anderen Stirnseite verbreitert. Zur Erzielung desselben Effekts haben die Schalenkerne gemäß Anspruch 2 ein L-Profil, wobei diese so ineinandergreifen, daß jeweils die Stirnseite des kurzen Schenkels eines L-Profils der Innenseite des langen Schenkels des anderen L-Profils zugewandt ist. Eine zweckmäßige Weiterbildung der L-Profile besteht darin, daß jeweils die Innenseiten der langen Schenkel der L-Profile und/oder die Stirnseiten der kurzen Schenkel so zueinander abgeschrägt sind, daß sich bei einem gegenseitigen axialen Versatz der beiden Schalenkerne die Luftspalte zwischen den langen und kurzen Schenkeln verringert. Bei einem axialen Versatz der beiden Schalenkerne verringern sich deren Luftspalte und kompensieren damit einen längeren Weg des magnetischen Flusses über die Schalenkerne. Um das Gewicht des Übertragers zu reduzieren, ist es zweckmäßig, daß einer der beiden Schalenkerne aus ein oder mehreren Segmenten eines Ringes besteht.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele wird nachfolgend die Erfindung näher erläutert. Die Fig. 1 und 2 zeigen zwei Varianten mit U-förmigen Schalenkernen eines Übertragers, Fig. 3 zeigt einen Übertrager mit L-förmigen Schalenkernen und Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt eines Übertragers, bei dem ein Schalenkern als Ringsegment ausgebildet ist.

In der Fig. 1 ist ein Querschnitt durch einen ringförmigen Übertrager dargestellt mit zwei koaxial zueinander angeordneten, als U-Profile ausgebildeten Schalenkernen 1 und 2, von denen der eine Schalenkern 1 die Primärwicklung 3 und der andere Schalenkern 2 die Sekundärwicklung 4 trägt. Der Schalenkern 2 für die Sekundärwicklung 4 ist beispielsweise an einer Lenksäule 5 eines mit einem Airbag ausgestatteten Lenkrades befestigt. Dieser Schalenkern 2 bildet also den Rotor des Drehübertragers. Der Stator ist der Schalenkern 1 für die Primärwicklung 3; er ist mit dem Fahrzeug-Chassis fest verbunden. Die Anschlüsse der Sekundärwicklung 4 führen zu einer nicht dargestellten Zündeinrichtung des Airbag im Lenkrad, und die Primärwicklung 3 ist an einem ebenfalls nicht dargestellten Steuergerät angeschlossen.

Die U-Profile beider Schalenkerne 1 und 2 sind mit ihren Öffnungen und den darin liegenden Wicklungen 3 und 4 einander zugewandt. Die Stirnseiten 6 und 7 beider U-Profile 1 und 2 bilden miteinander einen Luftspalt 8, der parallel zur Drehachse 9 ausgerichtet ist und vom magnetischen Fluß in radialer Richtung zur Drehachse 9 geschnitten wird. Wie der Fig. 1 zu entnehmen ist, ist die Stirnseite 6 des Schalenkerns 2 in Richtung der Drehachse 9 gegenüber der Stirnseite 7 des Schalenkerns 1 verbreitert. Eine axiale Verschiebung zwischen beiden Schalenkernen 1 und 2 läßt die Größe des Luftspaltes somit unbeeinflußt. Da trotz axialer Verschiebung zwischen beiden Schalenkernen 1 und 2 der Luftspalt 8 konstant bleibt, bleiben auch die übertragenen Signale nahezu unbeeinflußt von axialen Verschiebungen.

Alternativ zum Ausführungsbeispiel in Fig. 1 kann gemäß Fig. 2 auch die Stirnseite 7′ des primärseitigen Schalenkerns 1 gegenüber der Stirnseite 6′ des sekundärseitigen Schalenkerns 2 verbreitert sein. Hiermit wird der gleiche zuvor beschriebene Effekt erzielt. Vorteilhafterweise ist derjenige Schalenkern, der von beiden die geringere Masse hat, an der Lenksäule angeordnet.

Die Fig. 3 zeigt einen ringförmigen Übertrager bei dem der Schalenkern 10 für die Primärwicklung 11 und der Schalenkern 12 für die Sekundärwicklung 13 als L-Profile ausgebildet sind. Das L-Profil 12 ist mit seinem langen Schenkel an beispielsweise einer Lenksäule 14 befestigt. Dieser Schalenkern 12 stellt den Rotor des Übertragers dar. Der Schalenkern 10 für die Primärwicklung 11, der als Stator des Übertragers mit dem Fahrzeug-Chassis verbunden ist, ist gegenüber dem Schalenkern 12 so angeordnet, daß die Stirnseite 15 des kurzen Schenkels des sekundärseitigen L-Profils 12 der Innenseite 16 des langen Schenkels des primärseitigen L-Profils 10 zugewandt ist und daß die Stirnseite 17 des kurzen Schenkels des primärseitigen L-Profils 10 der Innenseite 18 des langen Schenkels des sekundärseitigen L-Profils zugewandt ist. Dadurch entstehen zwischen den einzelnen Schenkeln der L-Profile 10 und 12 zwei Luftspalte 19 und 20, die in Richtung der Drehachse 21 verlaufen und vom magnetischen Fluß in Richtung radial zur Drehachse 21 geschnitten werden. Dadurch, daß auch hier wie im vorhergehend geschilderten Ausführungsbeispiel die Luftspalte 19 und 20 einerseits von einer kleinen Fläche 15, 17 und andererseits von einer großen Fläche begrenzt sind, bleibt die Luftspaltbreite bei einem axialen Versatz zwischen den beiden Schalenkernen 10 und 12 nahezu unverändert.

Ein axialer Versatz zwischen den beiden Schalenkernen 10 und 12 in der Weise, daß sich der Abstand zwischen der Sekundärwicklung 13 und der Primärwicklung 11 vergrößert, führt (bei einer relativen Permeabilität kleiner 1000) dazu, daß der Weg des magnetischen Flusses über die beiden Schalenkerne 10 und 12 länger wird und dadurch die Signale doch noch geringfügig von einer axialen Verschiebung der Schalenkerne beeinflußt werden. Eine Verlängerung des Weges für den magnetischen Fluß kann aber dadurch kompensiert werden, daß die Luftspalte 19 und 20 mit zunehmender axialer Verschiebung schmaler werden. Dies erreicht man dadurch, wie in der Fig. 3 durch strichlierte Linien angedeutet, daß die Innenseiten der langen Schenkel der L-Profile 10 und 12 jeweils mit einer Abschrägung 22 und 23 versehen werden, die zum Ende des langen Schenkels hin zunimmt. Anstelle oder zusätzlich zu den Abschrägungen 22 und 23 an den langen Schenkeln der L-Profile 10 und 12 können auch die schmaleren Stirnseiten 15 und 17 der kurzen Schenkel der L-Profile 10 und 12 mit entsprechenden Abschrägungen (in der Fig. 3 nicht dargestellt) versehen werden.

Die L-Profile der Schalenkerne bringen gegenüber den U-Profilen des ersten Ausführungsbeispiels eine erhebliche Gewichtsreduzierung. Das Gewicht des Übertragers läßt sich noch dadurch weiter verringern, indem ein L-Profil 12′ - vorzugsweise der drehbare Schalenkern 12′- lediglich aus ein oder mehreren Segmenten eines Rings besteht. Die zu diesem segmentierten Schalenkern gehörende Wicklung 13′ ist auf den kurzen Schenkel eines jeden L-Profilsegments gewickelt.

Ein Drehübertrager, wie er vorangehend beschrieben wurde, kann generell dort eingesetzt werden, wo Signale von einem feststehenden Fahrzeugteil auf ein demgegenüber drehbares Fahrzeugteil übertragen werden müssen. Als Beispiel wurde bisher die Anwendung für einen im Lenkrad angeordneten Airbag genannt. Beispielsweise auch über Türschlösser mit drehbar gelagerten Sehließzylindern kann eine Signalübertragung erforderlich sein. Als weitere Anwendungsbereiche für den Drehübertrager kommen Türscharniere oder Räder (Reifendruck/-temperatur Überwachung) in Frage.

Sollen mehrere Signale zwischen einem feststehenden und einem demgegenüber drehbar gelagerten Fahrzeugteil übertragen werden, beispielsweise Airbagzünd- und Diagnosesignale oder Bediensignale für Hupe, Radio, Telefon oder auch Energiesignale für eine Lenkradheizung, so können mehrere der oben beschriebenen Übertrager axial hintereinander oder koaxial ineinander angeordnet werden.

Die Schalenkerne des Übertragers werden zur Vermeidung von Wirbelströmen vorteilhaft aus einer weichmagnetischen Preßmasse hergestellt, welche aus kunststoffummantelten, elektrisch isolierten feinsten Fe-Körnchen oder anderen ferromagnetischen Metall-Körnchen (z. B. NiFe-Legierungen) besteht. Um Hinterschneidungen beim Pressen der Schalenkerne zu vermeiden, können diese auch aus mehreren Teilen hergestellt werden.

Claims (4)

1. Anordnung zum kontaktlosen Übertragen von Signalen zwischen einem feststehenden und einem demgegenüber drehbar gelagerten Fahrzeugteil - vorzugsweise zwischen einem mit einem Airbag ausgestatteten Lenkrad und einer am Chassis angeordneten Steuerschaltung - welche Anordnung aus einem Übertrager besteht, dessen Primär- und Sekundärwicklung in getrennten, um die Drehachse des beweglichen Fahrzeugteils gegeneinander verdrehbaren Schalenkernen mit U-Profil liegen, wobei die Öffnungen der U-Profile einander zugewandt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalenkerne (1, 2) koaxial ineinander gelagert sind, so daß zwischen beiden ein Luftspalt (8) besteht, den der magnetische Fluß radial zur Drehachse (9) schneidet, und daß eine der beiden einander zugewandten, den Luftspalt (8) bildenden Stirnseiten (6, 7) der zwei Schalenkerne (1) in Richtung der Drehachse gegenüber der anderen Stirnseite (7) verbreitert ist.

2. Anordnung zum kontaktlosen Übertragen von Signalen zwischen einem feststehenden und einem demgegenüber drehbar gelagerten Fahrzeugteil - vorzugsweise zwischen einem mit einem Airbag ausgestatteten Lenkrad und einer am Chassis angeordneten Steuerschaltung - welche Anordnung aus einem Übertrager besteht, dessen Primär- und Sekundärwicklung in getrennten, um die Drehachse des beweglichen Fahrzeugteils gegeneinander verdrehbaren Schalenkerne liegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalenkerne (10, 12) ein L-Profil haben, die so ineinander greifen, daß jeweils die Stirnseite (15, 17) des kurzen Schenkels eines L-Profils (12, 10) der Innenseite (16, 18) des langen Schenkels des anderen L-Profils (10, 12) zugewandt ist und dabei Luftspalte (19, 20) entstehen, die der magnetische Fluß radial zur Drehachse schneidet.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die Innenseiten der langen Schenkel der L-Profile (10, 12) und/oder die Stirnseiten der kurzen Schenkel so zueinander abgeschrägt (22, 23) sind, daß sich bei einem gegenseitigen axialen Versatz der beiden Schalenkerne (10, 12) die Luftspalte (19, 20) zwischen deren langen und kurzen Schenkeln verringern.

4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß einer der beiden Schalenkerne (10) die Form eines geschlossenen Rings hat und daß der andere Schalenkern (12′) aus einem oder mehreren Segmenten eines Rings besteht.