DE19532043C2 - Lenkrad für ein Kraftfahrzeug - Google Patents
Lenkrad für ein KraftfahrzeugInfo
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Description
In das Lenkrad von Kraftfahrzeugen wird bekanntlich ein
Airbag eingebaut. Zu dessen Zündung wird Energie benötigt. Es
ist bekannt, diese Energieübertragung mittels zweier koaxial
zueinander liegenden Drahtspulen zu bewirken. In der älteren
Patentanmeldung 195 28 693.6 wurde vorgeschlagen, Energie
über eine kontaktfreie Energieübertragungsanordnung zum
Lenkrad vorzunehmen und am Lenkrad einen Mikroprozessor
anzuordnen, der kontaktfrei übertragene Signale verarbeitet
und seinerseits Signale über die kontaktfreie Verbindung
abgibt. Außerdem ist am Lenkrad ein elektrischer
Energiespeicher vorgesehen, der durch die kontaktlose
Energieübertragung geringer Leistung aufgeladen wird und der
für die Verbraucher am Lenkrad als Energieversorger dient. Es
wurde vorgeschlagen, die Übertragung opto-elektrisch oder
induktiv vorzunehmen. Als Energiespeicher kommen z. B.
Kondensatoren, Langzeitspeicherkondensatoren oder aufladbare
Kleinbatterien in Frage.
Aus der DE 44 07 277 A1 ist ein induktiver elektrischer
Signal- und Energieübertrager zwischen einer Lenkradsäule und
einem Lenkrad in einem Kraftfahrzeug bekannt. Der Übertrager
besteht aus zwei Übertragerhälften mit einer Ringnut, in die
eine ortsfest mit der einen Übertragerhälfte verbundene
Leiterplatte sowie eine verdrehbar in der Ringnut gelagerte
Leiterplatte eingesetzt sind. Auf den Leiterplatten sind
spiralkreisförmige Leiterbahnen aufgebracht, die als
Wicklungen für die Spulen zur elektrischen Übertragung
dienen. Zwar sind die Spulen für den Übertrager in die
Leiterplatten integriert, die spiralkreisförmige Anordnung
der Leiterbahnen bedingt jedoch einen hohen Platzbedarf.
Nachteilig ist weiter, dass der Übertrager mitsamt den
Übertragerhälften massiv, großbauend und komplex ausgestaltet
ist, so dass ein derartiger Übertrager in vielen Fällen im
Bereich des Lenkrades nicht im Kraftfahrzeug einsetzbar ist.
Weiter ist in der DE 40 19 241 A1 ein induktiv arbeitendes
System zur Energie- und Signalübertragung für Messungen im
Reifen eines Kraftfahrzeugs gezeigt. Das System weist eine
aus länglich ovalförmigen Leiterbahnen gebildete Spule in
einer folienartigen Laminatstruktur auf, wobei die
Laminatstruktur zum Einbau in eine Felge eines
Kraftfahrzeugrades zu einer Ringstruktur gebogen ist. Mit der
aus der gebogenen Laminatstruktur bestehenden Spule wirkt
eine fahrzeugfeste, einen E-förmigen Kern aufweisende Spule
zusammen. Nachteilig bei diesem System ist zum einen die
massive Spule mit dem E-förmigen Kern und zum anderen die
labile folienartige, einen Träger benötigende Spule auf der
Laminatstruktur, welche wiederum zu einer großbauenden und
massiven Anordnung für die Signal- und Energieübertragung
führen.
Aus der DE 44 04 816 A1 schließlich ist ein Übertrager zur
induktiven Übertragung von Energie und Daten für einen Airbag
im Lenkrad bekannt. Der Übertrager besitzt ein fahrzeugfest
an der Lenksäule angeordnetes Gehäuse sowie ein weiteres am
Lenkrad angeordnetes Gehäuse zur Aufnahme von elektrischen
Bauelementen. Zur Signal- und Energieübertragung weist der
Übertrager herkömmliche Spulen sowie einen Ferrit-Kern auf,
die auf kreisringförmigen Platinen befestigt sind. Hier sind
bereits die Spulen in konventioneller Art ausgestaltet.
Mitsamt dem Ferrit-Kern und den Spulen handelt es sich
folglich nachteiligerweise um eine massive, großbauende sowie
ein erhebliches Gewicht aufweisende Anordnung.
Der Erfindung liegt ausgehend von der DE 44 07 277 A1 die
Aufgabe zu Grunde, eine einfach herstellbare induktive
Übertragungsanordnung für solche geringen Leistungen zu
schaffen, die in einer kompakten, platzsparenden und
leichtgewichtigen Ausgestaltung zur Anordnung am Lenkrad
eines Kraftfahrzeugs geeignet ist.
Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale
gelöst.
Neben der Energie können über die erfindungsgemäße
Übertragungseinrichtung bidirektional Signale übertragen
werden. Die Übertragungseinrichtung ist raumsparend und
verursacht nur geringe Kosten.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen aufgelistet.
Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 die Anordnung der erwähnten älteren
Patentanmeldung 195 28 693.6 in prinzipieller
Darstellung,
Fig. 2 einen Schnitt durch eine mögliche
erfindungsgemäße Übertragungseinrichtung,
Fig. 3 eine Darstellung der Lage der
Spulenanordnungen,
Fig. 4 ein Diagramm zur Erläuterung,
Fig. 5 die Optimierung des Magnetkreises durch
Rückschlüsse.
In Fig. 1 der Zeichnung ist mit 1 ein an der Lenksäule montiertes
Modul bezeichnet. Es enthält zwei redundante Mikroprozessoren
MC 1 und MC 2, die die von Zündschlüssel 2 bei seinem Einstecken
in das Modul und durch Schalter am Zündschlüssel 2 erzeugte
Signale verarbeiten und die entsprechenden Funktionen auslösen,
z. B. durch das beim Einstecken des Zündschlüssels 2 erzeugte
Signal die Wegfahrsperre aufheben. Über den Zündschlüssel 2
kann auch eine mechanische Lenkradverriegelung entriegelt
werden, was hier nicht gezeigt ist. Die vom Zündschlüssel 2
kommenden Signale können über einen Lichtleiter ins Modul
gelangen. Die Lichtsignale werden durch einen opto-elektrischen
Empfänger 3 (und gegebenenfalls auch Sender zur Aufladung des
Akkus des Zündschlüssels) in elektrische Signale umgesetzt und
den Mikroprozessoren MC 1 und MC 2 zugeführt. Mit 4 ist ein
Lenkstockschalter bezeichnet, der an das Modul 1 angebaut ist.
Durch Betätigung der am Lenkstockschalter untergebrachten
Schalter (in der Zeichnung vier) werden unterschiedliche Signale
erzeugt, die den Mikroprozessoren MC 1 und MC 2 zugeführt und
dort in bestimmte Ansteuerungen umgesetzt werden.
Den Mikroprozessoren MC 1 und MC 2 können auch die Signale
eines Navigationsgeräts 5 zur Standortanzeige auf einem Display
zugeführt werden.
Das Modul 1 enthält auch die Sende- und Empfangsdioden 6 eines
opto-elektrischen Lenkwinkelgebers. Seine Signale können zur
Rücksetzung des Blinkerschalters genutzt werden.
Schließlich enthält das Modul 1 die feststehende Seite 7 einer
kontaktlosen Signal- und Energieübertragung, wobei die
Signalübertragung in beide Richtungen erfolgen soll.
Mit 10 ist ein Block bezeichnet, der die am Lenkrad
untergebrachten Teile zeigt. Es ist ein Mikroprozessor MC 3
vorhanden, an den Lenkradschalter 11, ein Display 12, ein
Zündschaltkreis (Zünd-IC) 13 mit nachgeschalteter Zündpille 14
eines Airbags und die bewegliche Seite 15 der Signal- und
Energieübertragung angeschaltet sind. Zur Energieversorgung der
Teile des Lenkrads, insbesondere der Zündeinrichtung für den
Airbag ist ein aufladbarer Speicher 16 an die bewegliche Seite 15
der Übertragung angeschaltet. Dieser Speicher ist notwendig, um
die Energieübertragung relativ klein zu gestalten.
Die kontaktlose Signal- und Energieübertragung kann auf
induktiver Basis (zwei Ringwicklungen stehen sich gegenüber)
oder auf opto-elektrischer Basis erfolgen.
Der Energiespeicher 16 kann ein üblicher Kondensator sein. Da
dieser sich bei abgestelltem Fahrzeug entlädt, braucht es nach
Fahrzeugstart eine Zeit (ca. 10 sec.), bis der Kondensator
ausreichend zur Auslösung der Zündpille 14 geladen ist. Man kann
auch einen Langzeitspeicher z. B. einen Langzeitspeicher
kondensator (Goldcap) oder eine aufladbare Kleinbatterie benutzen.
Schließlich ist auch eine Kombination von Kondensator und Goldcap
möglich. Die mit den Blöcken 7 und 15 angedeutete
Energieübertragungseinrichtung wird erfindungsgemäß, wie im
Anspruch 1 und in Fig. 2 und 3 beispielhaft beschrieben,
ausgebildet.
In Fig. 2 ist mit 20 ein Teil der feststehenden Lenksäule
bezeichnet, aus der die das nur teilweise gezeigte Lenkrad 21
tragende Lenkwelle 21a herausragt. An der Lenksäule 20 ist eine
Leiterplatte 22 befestigt, auf der die Optoelemente 23 eines
Lenkwinkelgebers befestigt sind. Von der Lenkwelle bzw. dem
Lenkrad 21 wird eine zweite Leiterplatte 24 getragen, die eine
Blende 25 trägt, die zum Lenkwinkelgeber gehört. In die
Leiterplatten 22 und 24 sind Spulen 26 und 27 integriert, die im
Innern Ferritkerne 28 aufweisen. Die Anordnung der Spulen auf
den Leiterplatten ergibt sich aus Fig. 3. Auf der Leiterplatte 22
sind zwei Spulen 26 angeordnet, die die Lenkwelle umgeben. Sie
sind schlaufenförmig geformt und ergänzen sich segmentförmig. Es
könnte auch nur eine Spule vorhanden sein, die dann ähnlich wie
in Fig. 3 die beiden Spulen die Lenkwelle 21a umgibt. Mit 30 ist
die von den Spulen 26 eingeschlossene Fläche bezeichnet. Die
beiden Spulenanordnungen können auch miteinander vertauscht
zur Übertragung genutzt werden. In die Leiterplatten integriert
bedeutet z. B., daß bei einer mehrlagigen Leiterplatte die einzelnen
Lagen nahezu je eine Windung in Form einer leitenden Schicht
tragen und daß benachbarte Windungen durch Durchkontaktierung
miteinander verbunden sind.
In der Fig. 3 ist auch zur Verdeutlichung der Lage der Spulen
zueinander die Spule 27 eingezeichnet. Es ist hier eine Rundspule
dargestellt, die auf der Leiterplatte 24 so angeordnet ist, daß sie
in jeder Stellung des Lenkrads 21 einen Teil der Spulenflächen 30
überdeckt, sodaß in jeder Stellung ein Zusammenwirken der Spulen
26 und 27 gegeben ist.
Es könnten auch noch weitere Spulen 27 vorgesehen sein, die
winkelversetzt angeordnet sein könnten. Diese Spulen und auch
die Spulen 26 können in reihe- oder parallelgeschaltet sein.
Bei der Ausgestaltung der Fig. 2 ergibt sich, daß in der gezeigten
Stellung der Spule 27 (beim Zusammenstoßpunkt 29 der beiden
Spulen 26) sekundärseitig eine geringere Spannung induziert wird.
Dies zeigt Fig. 4. Diese Tatsache kann man ausnutzen, um die
neutrale Stellung des Lenkrads zu kennzeichnen (0-Stellung).
In Fig. 5 sind die sich gegenüberliegenden Spulen 26 und 27 mit
Rückschlüssen 31 aus magnetischem Material versehen, um den
Magnetkreis zu optimieren.
Auf der Trägerplatte 24 kann die eingangs erwähnte auf dem
Lenkrad angeordnete Elektronik untergebracht sein bzw. die Spule
27 kann auf der Leiterplatte der Elektronik mit untergebracht
werden.
1
Modul
2
Zündschlüssel
3
opto-elektrischer Empfänger
4
Lenkstockschalter
5
Navigationsgerät
6
Sende-Empfangsdioden
7
feststehende Seite einer kontaktlosen Signalübertragung
10
Block
11
Lenkradschalter
12
Display
13
Zündschaltung
14
Zündpille
15
bewegliche Seite einer kontaktlosen Signalübertragung
16
elektrischer Speicher
20
Lenksäule
21
Teil des Lenkrads
21
a Lenkwelle
22
Leiterplatte
23
optische Elemente des Lenkwinkelgebers
24
Leiterplatte
25
Blende
26
Spulen
27
Spule
28
Ferrit-Kerne
30
Spulenfläche
31
Rückschlüsse der Magnetkreise
Claims (12)
1. Lenkrad für ein Kraftfahrzeug mit einer induktiven
Signal- und Energieübertragung zwischen einer an der
feststehenden Lenksäule (20) angeordneten, aus wenigstens
einer Spule (26) bestehenden Spulenanordnung und einer am
Lenkrad (21) und/oder der Lenkwelle (21a) angeordneten sowie
mit ihm/ihr drehbaren, aus wenigstens einer Spule (27)
bestehenden Spulenanordnung, wobei beide Spulenanordnungen
als in Leiterplatten (22, 24) integrierte, Leiterbahnen
aufweisende Spulen (26, 27) ausgebildet sind, wobei diese
Leiterplatten (22, 24) sich axial versetzt gegenüberstehen,
und wobei die Spulen (26, 27) derart zueinander angeordnet
sind, dass die andere Spule (27) in jeder Lenkradstellung ein
Teil der wirksamen Fläche (30) der einen Spule (26)
überdeckt, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Spule (26)
schlaufenartig aus einer die Lenkwelle (21a) abschnittsförmig
umgebenden, äußeren Leiterbahn, aus einer die Lenkwelle (21a)
abschnittsförmig umgebenden, inneren Leiterbahn sowie zwei,
die äußere und innere Leiterbahn jeweils am Abschnittsende
miteinander verbindende Leiterbahnen geformt ist, wobei die
von den Leiterbahnen der Spule (26) umschlossene Spulenfläche
(30) die Lenkwelle (21a) umgibt, dass die von der Leiterbahn
der anderen Spule (27) umschlossene Spulenfläche vollständig
außerhalb der Lenkwelle (21a) befindlich ist, und dass die
mittels der Spulen (26, 27) übertragene Energie lenkradseitig
zum Laden eines Versorgungsspeichers genutzt wird.
2. Lenkrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
die äußere und innere Leiterbahn der schlaufenförmigen Spule
(26) kreisabschnittsförmig ausgebildet sind.
3. Lenkrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass die eine Spulenanordnung aus zwei schlaufenartig
geformten Spulen (26) besteht, von denen jede etwa die Hälfte
der Lenkwelle (21a) segmentförmig umgibt.
4. Lenkrad nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, dass die andere Spule (27) als eine Rundspule
ausgebildet ist.
5. Lenkrad nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass
die andere Spule (27) kreisringförmig ausgebildet ist.
6. Lenkrad nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass die andere Spulenanordnung aus mehreren
winkelversetzt zueinander angeordneten Spulen (27) besteht,
wobei gegebenenfalls die Spulen (26, 27) in Reihe oder
parallelgeschaltet sind.
7. Lenkrad nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (22, 24) mehrlagig
ausgestaltet ist, wobei die einzelnen Lagen der Leiterplatte
(22, 24) eine Windung der Spule (26, 27) tragen, und wobei
benachbarte Windungen durch eine Durchkontaktierung
miteinander verbunden sind.
8. Lenkrad nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, dass die beiden Spulenanordnungen (26, 27)
Kerne (28) aus magnetischem Material, insbesondere Ferrit
aufweisen.
9. Lenkrad nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens eine der Spulenanordnungen (26, 27) Rückschlüsse
(31) aus magnetischem Material aufweisen.
10. Lenkrad nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, dass auf der Leiterplatte (24), in der die
lenkradseitige Spulenanordnung (27) integriert ist, eine
Elektronik zur Verarbeitung von ankommenden Signalen und
gegebenenfalls Abgabe von abgehenden Signalen vorgesehen ist.
11. Lenkrad nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, dass der Zusammenstoßpunkt der Enden der
einen Spule oder einer der Zusammenstoßpunkte (29)
benachbarter Spulen (26) durch Erkennen einer geringeren
Energieübertragung als Markierung der neutralen Stellung des
Lenkrads (21) ausgenutzt wird.
12. Lenkrad nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, dass an der Lenksäule (20) ein die
feststehende Seite (7) der Signal- und Energieübertragung
enthaltendes Modul (1) montiert ist, wobei gegebenenfalls im
Modul (1) ein Lenkstockschalter (4), ein Lenkwinkelgeber o. dgl.
angeordnet sind, und dass ein die bewegliche Seite (15)
der Signal- und Energieübertragung enthaltender Block (10) am
Lenkrad (21) befindlich ist, wobei gegebenenfalls im Block
(10) ein Lenkradschalter (11), ein Display (12), ein
Zündschaltkreis (13) mit Zündpille (14) für den Airbag o. dgl.
angeordnet sind.
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