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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf einen Drehverbinder gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1. Ein solcher Drehverbinder läßt sich in eine Lenkvorrichtung
eines Kraftfahrzeugs integrieren und als elektrische Verbindungseinrichtung
für ein
Airbag-System oder dergleichen verwenden.
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Ein Drehverbinder besitzt ein stationäres Element
(erstes Gehäuseelement),
ein bewegliches Element (zweites Gehäuseelement), das in bezug auf
das stationäre
Element drehbar angebracht ist, sowie bandartige flexible Kabel,
die eine Verbindung zwischen dem stationären Element und dem beweglichen
Element herstellen. Drehverbinder werden als Mittel zur Herstellung
einer elektrischen Verbindung zwischen dem stationären Element
und dem beweglichen Element häufig
verwendet, dessen Anzahl von Umdrehungen begrenzt ist, wie dies
z. B. bei dem Lenkgetriebe eines Kraftfahrzeugs der Fall ist.
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Bei dieser Art eines Drehverbinders
ist der Anteil der flexiblen Kabel an den Gesamtkosten hoch, und
aus diesem Grund sind bei dem aus der
US-A-3
763 455 bekannten Drehverbinder die flexiblen Kabel kürzer ausgebildet
um eine Kostenreduzierung zu erreichen.
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6 zeigt
eine Draufsicht unter Darstellung einer schematischen Konstruktion
des in der genannten Patentschrift offenbarten Drehverbinders. Wie
in der Zeichnung zu sehen ist, ist ein zylindrisches bewegliches
Element 101 in bezug auf ein zylindrisches stationäres Element 100 drehbar
angebracht, und flexible Kabel 103 und 104 sind
in einem ringartigen Raum 102 angeordnet, der zwischen
dem stationären
Element 100 und dem beweglichen Element 101 gebildet
ist. Die flexiblen Kabel 103 und 104 werden aus
dem Raum 102 herausgezogen, wobei sie an dem stationären Element 100 bzw.
an dem beweglichen Element 101 befestigt sind. In dem Raum 102 sind
die Kabel 103 und 104 in entgegengesetzten Aufwickelrichtungen
entlang des stationären
Elements 100 als äußeren zylindrischen
Bereich und entlang des beweglichen Elements 101 als inneren zylindrischen
Bereich aufgenommen, wobei U-förmige
Umlenkbereiche an Stellen ausgebildet sind, wo die Wickelrichtungen
umgekehrt sind. Ferner sind in dem Raum 102 mehrere Gruppen
von Rollen 105 und 106 in Umfangsrichtung des
Raums angeordnet. Der Umlenkbereich des flexiblen Kabels 103 ist
um die eine Gruppe von Rollen 105 geschlungen, während der
Umlenkbereich des flexiblen Kabels 104 um die andere Gruppe
von Rollen 106 herumgeführt
ist.
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Bei dem in der vorstehend beschriebenen Weise
ausgebildeten Drehverbinder erfolgt z. B. bei Bewegung des beweglichen
Elements 101 im Uhrzeigersinn in 6 eine Bewegung der Umlenkbereiche der
flexiblen Kabel 103 und 104 im Uhrzeigersinn in
dem Raum 102 über
eine Rotationsdistanz, die kürzer
ist als die des beweglichen Elements 101. Die Kabel 103 und 104 befinden
sich nun in einem aufgewickelten Zustand, in dem ein größerer Teil
derselben sich auf der Seite des inneren zylindrischen Bereichs des
stationären
Elements 100 befindet. Wenn umgekehrt dazu das bewegliche
Element 101 in 6 im Gegenuhrzeigersinn
verdreht wird, bewegen sich die Umlenkbereiche der flexiblen Kabel 103 und 104 in derselben
Richtung über
eine Rotationsdistanz, die kleiner ist als die des beweglichen Elements 101.
Die Kabel 103 und 104 befinden sich nun in einem
zurückgewickelten
Zustand, in dem ein größerer Teil derselben
sich auf der Seite des äußeren zylindrischen
Bereichs des beweglichen Elements 101 befindet. Während dieser
Vor- und Zurückwickelvorgänge sind
die Rollen 105 und 106 Kräften von den Umlenkbereichen
der Kabel 103 und 104 ausgesetzt, und sie bewegen
sich in derselben Richtung.
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Bei dem vorstehend beschriebenen
Drehverbinder läßt sich
die erforderliche Länge
der flexiblen Kabel viel kürzer
ausbilden als bei einem Drehverbinder des Typs, bei dem flexible
Kabel für
den inneren und den äußeren zylindrischen
Bereich in der selben Richtung (spiralig) gewickelt sind, so daß sich eine Kostenreduzierung
erzielen läßt. Da die
mehreren Rollen außerdem
zwischen dem entlang des inneren zylindrischen Bereichs aufgewickelten
flexiblen Kabelbereich und dem entlang des äußeren zylindrischen Bereichs
gewickelten flexiblen Kabelbereich angeordnet sind, ist es möglich, die
Kabel in Radialrichtung sowie im wesentlichen über die gesamte Fläche des
ringartigen Raums einzugrenzen, so daß sich der Vor- oder Zurückwickelvorgang
glatt bzw. ohne Kabelverwerfung durchführen läßt.
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Als flexible Kabel bei einem solchen
Drehverbinder werden häufig
bandartige Kabel verwendet, die als Flachkabel bezeichnet werden.
Wie in 7 gezeigt ist,
besitzt das Flachkabel Leiter 107, die z. B. aus Kupfer
bestehen, sowie ein Paar Isolierschichten 108, 109,
die z. B. aus PET (Polyethylenteraphthalat) gebildet sind, wobei
die Leiter 107 sandwichartig zwischen den beiden Schichten
angeordnet sind. Die Leiter 107 und die Isolierschichten 108 sind
unter Verwendung eines unter Wärmeeinwirkung
aushärtenden
Klebers 109 in integraler Weise miteinander ausgebildet.
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Da jedoch die beiden Isolierschichten
auf beiden Seiten der Leiter vorgesehen sind, besitzt der Wickel,
der sich durch Vorwickeln oder Zurückwickeln des auf diese Weise
ausgebildeten Flachkabels ergibt, einen großen Durchmesser, und somit kann
das erforderliche Rotationsausmaß nur dann sichergestellt werden,
wenn der Drehverbinder in Radialrichtung ausreichend groß ausgebildet
ist.
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In Anbetracht der vorstehend genannten Ausbildungen
des Standes der Technik besteht ein Ziel der vorliegenden Erfindung
in der Schaffung eines Drehverbinders, der für eine Reduzierung der Größe in Radialrichtung
geeignet ist. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung
eines Drehverbinders, der ein flexibles Kabel einfacher Konstruktion
verwendet, so dass sich die Kosten reduzieren lassen.
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Erreicht werden diese Ziele erfindungsgemäß durch
Schaffung eines Drehverbinders mit einem ersten Gehäuseelement,
das einen äußeren zylindrischen
Bereich aufweist, mit einem zweiten Gehäuseelement, das einen inneren
zylindrischen Bereich aufweist und über einen ringförmigen Aufnahmeraum
hinweg relativ zu dem ersten Gehäuseelement
drehbar angebracht ist, und mit einem flexiblen Kabel, das in dem
Aufnahmeraum aufgewickelt ist, wobei sich der Drehverbinder erfindungsgemäß dadurch
auszeichnet, daß das
flexible Kabel durch ein bandartiges Element gebildet ist, das eine
einzige Isolierschicht sowie auf einer Seite der Schicht angebrachte
Leiter aufweist.
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Bei der vorstehend beschriebenen
Konstruktion ist ein bewegliches Element mit einer Führungsrolle
innerhalb des Aufnahmeraums angeordnet, und das flexible Kabel ist
in entgegengesetzten Richtungen entlang des inneren und des äußeren zylindrischen
Bereichs gewickelt, wobei es entlang der Führungsrolle umgelenkt wird,
so daß die
Leiter des Kabels innen positioniert und der Führungsrolle zugewandt angeordnet
sind.
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Da das flexible Kabel durch ein bandartiges Element
gebildet ist, das nur eine einzige Isolierschicht sowie auf einer
Seite der Schicht angebrachte Leiter aufweist, läßt sich bei Aufwickeln des
flexiblen Kabels in dem zwischen den beiden Gehäuseelementen gebildeten Aufnahmeraum
der Durchmesser des durch Vorwickeln oder Zurückwickeln des Kabels gebildeten
Wickels klein halten, so daß die
radiale Größe des Aufnahmeraums
und damit die Gesamtgröße des Drehverbinders
reduziert werden können.
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Da es sich bei dem erfindungsgemäßen Drehverbinder
um einen des Typs handelt, bei dem das flexible Kabel entlang des
inneren und des äußeren zylindrischen
Bereichs über
einen Umlenkbereich des Kabels aufgewickelt ist und die Leiter des flexiblen
Kabels auf der Innenseite sowie der Führungsrolle des beweglichen
Elements zugewandt angeordnet sind, wird eine Kompressionsbelastung
auf die Kabelleiter an dem Umlenkbereich ausgeübt, wo der Krümmungsradius
am kleinsten ist. Da die für
die Leiter häufig
verwendeten Metallmaterialien, wie z. B. Kupfer, Kupferlegierung
und Aluminium, widerstandsfähig
gegen Kompressionsbelastung sind, läßt sich die Biegungs-Lebensdauer der Leiter
im Vergleich zu der Ausbildung verlängern, bei der die Kabelleiter
außen
positioniert sind, wobei es selbst bei wiederholter Umlenkung des
flexiblen Kabels möglich
ist, eine Beschädigung
der Leiter zu verhindern.
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Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind
in dem Unteranspruch angegeben.
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Die Erfindung und Weiterbildungen
der Erfindung werden im folgenden anhand der zeichnerischen Darstellungen
eines Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen noch näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
vertikale Schnittansicht eines Drehverbinders gemäß einem
Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung;
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2 eine
auseinandergezogene Perspektivansicht des Drehverbinders;
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3 eine
Schnittansicht eines bei dem Drehverbinder verwendeten flexiblen
Kabels;
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4 eine
Perspektivansicht unter Darstellung eines Umlenkbereichs des flexiblen
Kabels;
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5 eine
erläuternde
Darstellung der auf den Umkehrbereich ausgeübten Belastungen;
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6 eine
Draufsicht unter Darstellung einer schematischen Konstruktion eines
herkömmlichen Drehverbinders;
und
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7 eine
Perspektivansicht unter Darstellung eines herkömmlichen flexiblen Kabels.
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Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
wird nun unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen erläutert. Wie
in den Zeichnungen zu sehen ist, ist der Drehverbinder gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
im wesentlichen gebildet aus einem ersten Gehäuseelement 1, einem zweiten
Gehäuseelement 2,
das relativ zu dem ersten Gehäuseelement 1 drehbar
angebracht ist, einem zwischen den Gehäuseelementen 1 und 2 angeordnetem
flexiblen Kabel 3 und einem beweglichen Element 4,
das zwischen den beiden Gehäuseelementen 1 und 2 drehbar
angeordnet ist.
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Das erste Gehäuseelement 1 ist gebildet
aus einem unteren Gehäuseteil 7,
das eine Bodenplatte 5 und einen an dem äußeren Umfangsrand
der Bodenplatte 5 nach oben ragenden äußeren zylindrischen Bereich 6 aufweist,
sowie aus einer oberen Abdeckung 8, die in integraler Weise
mit dem oberen Ende des äußeren zylindrischen
Bereichs 6 verbunden ist. In der Mitte der Bodenplatte 5 und
der oberen Abdeckung 8 sind zentrale Öffnungen 9 bzw. 10 ausgebildet,
und eine ringartige Führungsnut 11 ist
in der Unterseite der oberen Abdeckung 8 ausgebildet. Das zweite
Gehäuseelement 2 ist
durch ein zylindrisches Element mit einer zentralen Welleneinführöffnung 12 gebildet.
Das zweite Gehäuseelement 2 ist
mit dem ersten Gehäuseelement 1 drehbar
verbunden, wobei es an seinem oberen und unteren Rand durch die zentralen Öffnungen 9 und 10 des
unteren Gehäuseteils 7 bzw.
der oberen Abdeckung 8 geführt ist. Ferner ist ein ringförmiger Aufnahmeraum 14 zwischen der
Bodenplatte 5, dem äußeren zylindrischen
Bereich 6 und der oberen Abdeckung 8, die sich
auf der Seite des ersten Gehäuseelements 1 befinden,
sowie einem inneren zylindrischen Bereich 13 gebildet, der
als äußere Umfangsfläche auf
der Seite des zweiten Gehäuseelements 2 dient.
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Wie in 3 gezeigt
ist, handelt es sich bei dem flexiblen Kabel 3 um ein bandartiges
Element mit einem isolierenden Band, z. B. PET-Band, als Basisschicht 17 und
einer Anzahl von Leitern 22, die z. B. aus Kupfer gebildet
sind, wobei die Leiter 22 an einer Seite der Basisschicht 17 unter
Verwendung eines unter Wärmeeinwirkung
aushärtenden
Klebers 23 angebracht sind. Ein Ende des flexiblen Kabels 3 ist
mit einem ersten Verbinder 15 verbunden, der an dem äußeren zylindrischen
Bereich 6 festgelegt ist, und ist durch den ersten Verbinder 15 auf
die Außenseite
des ersten Gehäuseelements 1 nach
außen
geführt.
Das gegenüberliegende
Ende des Kabels 3 ist mit einem zweiten Verbinder 16 verbunden,
der an dem inneren zylindrischen Bereich 13 angebracht
ist. Das flexible Kabel 3 ist in dem Aufnahmeraum 14 derart
untergebracht, daß das
Kabel 3 von dem ersten Verbinder 15 im Uhrzeigersinn
entlang der Innenwand des äußeren zylindrischen
Bereichs 6 aufgewickelt ist, dann U-förmig umgelenkt ist (wobei dies
im folgenden als Umlenkbereich 3a bezeichnet wird), danach
im Gegenuhrzeigersinn entlang der Außenwand des inneren zylindrischen
Bereichs 13 gewickelt ist und sodann den zweiten Verbinder 16 erreicht.
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Das bewegliche Element 4 umfaßt eine Drehringplatte 20,
von deren Unterseite sich mehrere Stifte 18 und ein feststehender
Zylinder 19 sowie eine Gruppe von Rollen 21 nach
unten erstrecken, die auf den Stiften 18 drehbar gehaltert
sind. Mit der Drehringplatte 20 nach oben weisend wird
das bewegliche Element 4 in dem Aufnahmeraum 14 angeordnet
und ist in Radialrichtung des Aufnahmeraums 14 drehbar
geführt,
indem die Drehringplatte 20 mit der Führungsnut 11 in Eingriff
steht. Der Umlenkbereich 3a des flexiblen Kabels 3 verläuft zwischen
dem feststehenden Zylinder 19 und einer dem feststehenden
Zylinder 19 gegenüberliegenden
Rolle 21 (im folgenden als Führungsrolle 21A bezeichnet),
wobei das Kabel 3 um die Führungsrolle 21A geschlungen ist.
Wie in 4 gezeigt ist,
sind an dem Umkehrbereich 3a die Leiter 22 des
flexiblen Kabels 3 auf der Innenseite der gekrümmten Fläche positioniert
und der Führungsrolle 21A zugewandt
angeordnet.
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Im folgenden wird die Arbeitsweise
des Drehverbinders gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
unter Bezugnahme auf einen als Beispiel angenommenen Fall beschrieben,
bei dem das erste Gehäuseelement 1 als
stationäres
Element und das zweite Gehäuseelement 2 als
bewegliches Element verwendet wird. In diesem Fall ist das erste
Gehäuseelement 1 auf
der Seite der Lenksäule
einer Lenkvorrichtung angebracht, und ein von dem unteren Gehäuseteil 7 nach
außen
herausgeführter
Leitungsdraht ist z. B. mit einer Airbag-Treiberschaltung verbunden,
die auf der Seite des Fahrzeugkörpers angebracht
ist. Andererseits ist das zweite Gehäuseelement 2 mit der
Seite eines Rotorelements verbunden, wie z. B. einer Lenkwelle oder
einem Lenkrad, und ein von dem zweiten Gehäuseelement 2 nach
außen
herausgeführter
Leitungsdraht ist z. B. mit einer Airbag-Aufblaseinrichtung verbunden, die an
dem Lenkrad angebracht ist.
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Wenn im Gebrauch das Lenkrad im Uhrzeigersinn
oder im Gegenuhrzeigersinn verdreht wird, wird die resultierende
Rotationskraft auf das zweite Gehäuseelement 2 übertragen,
das sich wiederum im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn dreht. Wenn
das zweite Gehäuseelement 2 aus
einer Neutralstellung des Lenkrads z. B. im Uhrzeigersinn verdreht
wird, bewegt sich der Umlenkbereich 3a des flexiblen Kabels 3 im
Uhrzeigersinn um einen Rotationsbetrag, der kleiner ist als der
des zweiten Gehäuseelements 2,
wobei er die Führungsrolle 21A des beweglichen
Elements 4 verläßt und den
feststehenden Zylinder 19 mit Druck beaufschlagt, so daß sich das
bewegliche Element 4 dem Umlenkbereich 3a folgend
ebenfalls im Uhrzeigersinn bewegt, und das flexible Kabel 3 wird
dadurch von der Seite des inneren zylindrischen Bereichs 13 in
einer Länge
abgegeben, die in etwa dem doppelten Betrag dieser Bewegungen entspricht,
wobei das Kabel auf der Seite des äußeren zylindrischen Bereichs 6 wieder
aufgewickelt wird. In diesem Fall ist eine Tendenz des von dem inneren
zylindrischen Bereich 13 abgegebenen flexiblen Kabels 3 zu
einer Expansion radial nach außen
sowohl durch den feststehenden Zylinder 19 als auch die
Rollen 21 eingeschränkt,
so daß das
Kabel 3 glatt zu dem Umlenkbereich 3a geführt wird,
dann den Umlenkbereich 3a passiert und auf der Seite des äußeren zylindrischen
Bereichs 6 wieder sicher aufgewickelt wird.
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Wenn im Gegensatz dazu das zweite
Gehäuseelement 2 aus
dem neutralen Zustand des Lenkrads eine Rotationsbewegung im Gegenuhrzeigersinn
ausführt,
bewegt sich der Umlenkbereich 3a des flexiblen Kabels in
derselben Richtung um einen Rotationsbetrag, der kleiner ist als
der des zweiten Gehäuseelements 2,
und die Führungsrolle 21A wird durch
den Umlenkbereich 3a gezogen, mit dem Ergebnis, daß sich das
bewegliche Element 4 dem Umkehrbereich 3a folgend
ebenfalls im Gegenuhrzeigersinn bewegt, und das flexible Kabel 3 wird
von dem äußeren zylindrischen
Bereich 6 in einer Länge
abgegeben, die in etwa dem doppelten Betrag dieser Bewegungen entspricht,
wobei es um den inneren zylindrischen Bereich 13 herumgewickelt
wird. In diesem Fall wird eine radial nach innen gehende Bewegung des
von dem äußeren zylindrischen
Bereich 6 zugeführten
flexiblen Kabels 3 sowohl durch den feststehenden Zylinder 19 als
auch durch die Rollen 21 begrenzt, so daß das Kabel 3 glatt
in Richtung zu dem Umlenkbereich 3a geführt wird, dann den Umlenkbereich
3a passiert
und auf der Seite des inneren zylindrischen Bereichs 13 sicher
aufgewickelt wird.
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Da bei dem vorstehend beschriebenen
Ausführungsbeispiel
das flexible Kabel 3 eine einzige Basisschicht 17 sowie
auf einer Seite der Basisschicht angebrachte Leiter 22 aufweist
und in dem zwischen den beiden Gehäuseelementen 1 und 2 ausgebildeten
Aufnahmeraum 14 aufgewickelt ist, ist der Wickeldurchmesser,
der durch das Vorwickeln oder Zurückwickeln des Kabels 3 gebildet
ist, klein, so dass es möglich
ist, die radiale Größe des Aufnahmeraums 14 und
damit die gesamte Größe des Drehverbinders
zu reduzieren.
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Da die Leiter 22 auf der
Innenseite und der Führungsrolle 21A des
beweglichen Elements 4 an dem Umlenkbereich 3a zugewandt
angeordnet sind, bei dem es sich um den kleinsten Krümmungsradius in
dem flexiblen Kabel 3 handelt, ist es möglich, eine Beschädigung der
Leiter 22 zu verhindern und die Biegungs-Lebensdauer des
Umkehrbereichs 3a zu verlängern. Wie in 5 gezeigt ist, besitzt der Umkehrbereich 3a des
flexiblen Kabels 3 eine neutrale Ebene, die weder eine
Zugbelastung noch eine Kompressionsbelastung erfährt, während eine Zugbelastung auf
die in Bezug auf die neutrale Ebene außen positionierte Basisschicht 17 ausgeübt wird
und eine Kompressionsbelastung auf die in Bezug auf die neutrale
Ebene innen angeordneten Leiter 22 ausgeübt wird.
In diesem Zusammenhang besitzt das als Material für die Leiter 22 verwendete
Metallmaterial, z. B. Kupfer, Kupferlegierung oder Aluminium, ein
hohes Maß an
Widerstandsfähigkeit
gegen Kompressionsbelastung eher noch als gegen Zugbelastung, so dass
selbst bei wiederholtem Biegen des flexiblen Kabels 3 in
erster Linie an dem Umlenkbereich 3a keine Gefahr einer
Beschädigung
der Leiter 22 besteht, so dass sich die Zuverlässigkeit
der durch das Kabel 3 hergestellten Verbindung steigern
läßt.
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Bei dem vorstehend beschriebenen
Ausführungsbeispiel
werden das erste Gehäuseelement 1 und
das zweite Gehäuseelement 2 zwar
als stationäres
Element bzw. bewegliches Element verwendet, jedoch ist es auch möglich, das
erste Gehäuseelement 1 als
bewegliches Element und das zweite Gehäuseelement 2 als stationäres Element
zu verwenden.
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Bei dem Drehverbinder des vorstehend
erläuterten
Ausführungsbeispiels
handelt es sich um einen Typ, bei dem das flexible Kabel 3 über den
Umlenkbereich 3a entlang des inneren zylindrischen Bereichs 13 und
des äußeren zylindrischen
Bereichs 6 in entgegengesetzten Richtungen aufgewickelt
ist, jedoch ist die vorliegende Erfindung auch bei einem Drehverbinder
eines Typs anwendbar, bei dem das flexible Kabel in derselben Richtung
(spiralig) entlang des inneren und des äußeren zylindrischen Bereichs aufgewickelt
ist. Auch in diesem Fall läßt sich
der Effekt erzielen, dass der Wickeldurchmesser beim Vorwickeln
oder Zurückwickeln
des Kabels klein gemacht werden kann, d. h. der Drehverbinder als
ganzes in seiner Größe reduziert
werden kann.