DE19805106C1 - Absolute zero position detection device for automobile steering device - Google Patents
Absolute zero position detection device for automobile steering deviceInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet des Erkennens bzw. Erfassens von vordefinierten Positionen zwischen zwei gegeneinander drehbaren Körpern. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Erfas sen einer vordefinierten absoluten Nullstellung zwischen einem um seine Längsachse in beide Richtungen drehbaren zylindrischen Körper (Rotor) und einem feststehenden zylindrischen Körper (Stator).The invention relates to the field of recognition or detection of predefined positions between two rotatable against each other Bodies. In particular, the invention relates to a device for detection a predefined absolute zero position between one around its Longitudinal axis cylindrical body (rotor) rotatable in both directions and a fixed cylindrical body (stator).
Derartige Vorrichtungen werden zum Erkennen einer vordefinierten Grundstellung - der Nullstellung - zwischen Rotor und Stator benötigt. Da von ausgehend kann erfaßt werden, ob der Rotor in die eine oder in die andere Richtung um seine Längsachse ausgelenkt wurde. Beispielsweise werden derartige Vorrichtungen bei Kraftfahrzeugen in der Lenksäulen- Lenkrad-Einheit eingesetzt, um zu erfassen, wann sich das Lenkrad in seiner Geradeausstellung befindet. Die erfaßte Lenkradgeradeausstellung kann dazu verwendet werden, um etwa eine elektronisch realisierte selbsttätige Rückstellung eines Fahrtrichtungsanzeigers nach einer Kur venfahrt herbeizuführen oder um eine Lenkwinkelsensorik zu initialisieren.Such devices are used to recognize a predefined Home position - the zero position - required between the rotor and stator. There starting from it can be determined whether the rotor in one or in the other direction was deflected about its longitudinal axis. For example such devices are used in motor vehicles in the steering column Steering wheel unit used to record when the steering wheel is in its straight-ahead position. The detected steering wheel straight ahead position can be used to create an electronically realized automatic resetting of a direction indicator after a course of treatment bring about or to initiate a steering angle sensor system.
In der DE 29 13 008 C3 ist eine solche Vorrichtung zur selbsttätigen Fahrtrichtungsanzeigerrückstellung beschrieben. Diese Vorrichtung ver wendet eine Gabellichtschranke bestehend aus zwei als Sender einge setzten Fotodioden und zwei als Empfänger vorgesehenen Fototransisto ren, die am Stator angeordnet sind. Als Lichtschranke wird eine am Rotor gelagerte Scheibe verwendet, durch welche beim Drehen des Lenkrades eine oder beide Sichtverbindungen zwischen den jeweiligen Sende-Emp fangseinrichtungen unterbrochen werden. Zum Betrieb dieser Vorrichtung ist diese an eine Steuerelektronik angeschlossen, welche sowohl durch den die Fahrtrichtung anzeigenden Tastschalter als auch von den Aus gängen der Empfänger beaufschlagt wird. Gemäß einem vorgegebenen Algorithmus kann eine Erkennung der Lenkraddrehrichtung ausgehend von der Geradeausstellung und eine Rückstellung des Fahrtrichtungsan zeigers nach Beendigung der Kurvenfahrt durchgeführt werden. Auch wenn mit einer solchen Vorrichtung zufriedenstellende Ergebnisse erhält lich sind, stellt sich als Nachteil der notwendigerweise zu betreibende konstruktive Aufwand dar. Zum einen ist in der Lenksäulen-Lenkrad-Ein heit eines Kraftfahrzeuges nur beschränkter Einbauraum vorhanden. Zu dem muß berücksichtigt werden, daß in der Lenksäulen-Lenkrad-Einheit auch weitere Module integriert werden müssen, wie beispielsweise Stromübertragungssysteme, so daß der zur Verfügung stehende Einbau raum weiter beschränkt ist. Zum anderen ist ein zusätzlicher Montageauf wand zum Einbau einer solchen Vorrichtung notwendig.DE 29 13 008 C3 describes such a device for automatic operation Direction indicator reset described. This device ver uses a fork light barrier consisting of two as a transmitter set photo diodes and two photo transistors provided as receivers ren, which are arranged on the stator. One is on the rotor as a light barrier mounted disc used by which when turning the steering wheel one or both lines of sight between the respective send emp interception facilities are interrupted. To operate this device this is connected to a control electronics, which both by the push button indicating the direction of travel as well as the off the receiver is loaded. According to a given Algorithm can detect the steering wheel direction based on from the straight ahead position and a reset of the direction of travel pointer after the end of cornering. Also if satisfactory results are obtained with such a device Lich, the disadvantage to be operated necessarily constructive effort. On the one hand is in the steering column steering wheel on Unit of a motor vehicle only limited installation space available. To this must be taken into account that in the steering column-steering wheel unit other modules also need to be integrated, such as Power transmission systems, so that the available installation space is further limited. On the other hand, there is an additional assembly wall necessary to install such a device.
Eine Bestimmung der Geradeausstellung des Lenkrades eines Kraftfahr zeuges kann auch durch Erfassen der Raddrehzahlunterschiede der durch das Lenkrad gelenkten Räder erfolgen. Dies setzt auf der konstruk tiven Seite jedoch voraus, daß die gelenkten Räder über entsprechende Sensoren verfügen. Ferner setzt eine derartige Erfassung einer Gerade ausstellung des Lenkrades voraus, daß sich das Kraftfahrzeug bewegt, da ansonsten bei einer Betätigung des Lenkrades keine Raddrehzahlunter schiede zwischen dem rechten und dem linken Rad erfaßbar sind.A determination of the straight position of the steering wheel of a motor vehicle Stuff can also by detecting the wheel speed differences wheels steered by the steering wheel. This relies on the construct tive side, however, that the steered wheels have appropriate Sensors. Such a detection also sets a straight line issuing the steering wheel ahead that the motor vehicle is moving because otherwise no wheel speed below when the steering wheel is actuated differences between the right and left wheel can be detected.
Aus der DE 41 23 781 A1 ist ein Winkelsensor bekannt geworden, mit dem ein Winkelerfassungsbereich von mehr als 360° abdeckbar ist. Zu diesem Zweck ist eine Spirale aus flexiblem Material zwischen einem Statorteil und einem sich um eine Achse drehenden Rotorteil vorgesehen, welches Rotorteil Beläge trägt, die mit der Spirale einen sich mit der Drehung in seiner Kapazität ändernden Kondensator bildet. In Abhängigkeit von der ermittelten Kapazität des jeweils aus einem Belag und der Spirale oder einem Spiralenabschnitt gebildeten Kondensators ergibt sich dann die Winkelstellung des Rotorteils im Bezug auf das Statorteil. Eine bestimmte Kapazität des aus der Spirale und dem Belag gebildeten Kondensators kann als Nullstellung oder im Falle eines Einsatzes als Lenkwinkelsensors als Geradeausstellung der gelenkten Räder definiert sein. Dieser bekannte Winkelsensor vermag jedoch nicht den Anforderungen an die Genauigkeit einer Erfassung einer absoluten Nullstellung zwischen einem Rotor und einem Stator zu genügen, da die Spirale in dem zwischen dem Statorteil und dem Rotorteil liegenden Zwischenraum frei beweglich ist und somit in Folge von Vibrationen oder Bewegungen in ihrem Abstand zu einem Belag variieren kann. Folglich ändert sich die Kapazität des Kondensators. Für einen Einsatz als Lenkwinkelsensor ist ein Winkelsensor gemäß diesem Dokument nicht geeignet.From DE 41 23 781 A1 an angle sensor has become known with which can cover an angle detection range of more than 360 °. To this purpose is a spiral of flexible material between one Stator part and a rotor part rotating about an axis are provided, which rotor part carries linings that align with the spiral Rotation in its capacitance changing capacitor forms. In Dependent on the determined capacity of the one covering and the spiral or a spiral portion formed capacitor then results in the angular position of the rotor part in relation to the Stator part. A certain capacity of the spiral and the topping formed capacitor can be set to zero or in the case of a Use as a steering angle sensor as a straight position of the steered Wheels must be defined. However, this known angle sensor cannot the requirements for the accuracy of an absolute recording Zero position between a rotor and a stator is sufficient because the Spiral in the lying between the stator part and the rotor part Interspace is freely movable and therefore as a result of vibrations or Movements can vary in their distance from a surface. Hence the capacitance of the capacitor changes. For use as Steering angle sensor is not an angle sensor according to this document suitable.
Ausgehend von dem zuerst diskutierten Stand der Technik liegt der Erfin dung daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Erfassen einer vordefinierten absoluten Nullstellung zwischen einem um seine Längs achse in beiden Richtungen drehbaren zylindrischen Körper und einem feststehenden zylindrischen Körper vorzuschlagen, die mit einfachen Mit teln realisierbar ist und sich insbesondere auch für einen Einsatz in einer Lenksäulen-Lenkrad-Einheit eignet. The Erfin is based on the state of the art discussed first Therefore, the task is based on a device for detecting a predefined absolute zero between one around its longitudinal cylindrical body and one axis rotatable in both directions propose fixed cylindrical body with simple with is feasible and is particularly suitable for use in one Steering column steering wheel unit is suitable.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß zum einen durch eine Vorrichtung zum Erfassen einer vordefinierten absoluten Nullstellung zwischen einem um seine Längsachse in beide Richtungen drehbaren zylindrischen Kör per (Rotor) und einem feststehenden zylindrischen Körper (Stator) gelöst, welche beiden Körper mit axialem Abstand zueinander angeordnet sind, so daß ein durch die äußere Mantelfläche des innenliegenden Kör pers und die innere Mantelfläche des außenliegenden Körpers begrenzter Wickelspalt gebildet ist, von welchen Mantelflächen eine zumindest in ei nem Bereich als Elektrode wirkend ausgebildet ist (Mantelelektrode), in welchem Wickelspalt ein flexibles Flach band dergestalt angeordnet ist, daß sein eines Ende am Rotor und sein anderes Ende am Stator befestigt ist und in der Nullstellung der beiden Körper zueinander mit einem Ab schnitt um die äußere Mantelfläche des innenliegenden Körpers in der einen Richtung und mit einem weiteren Abschnitt an der inneren Mantel fläche des außenliegenden Körpers anliegend in entgegengesetzter Richtung gewickelt ist, so daß zwischen den beiden Abschnitten eine die Wickelrichtung umkehrende Schleife gebildet ist, welches Flachband in der Nullstellung zwischen Rotor und Stator im Bereich der die Wickel richtung des Flachbandes umkehrenden Schleife als Elektrode (Anlageelektrode) wirkend ausgebildet ist, welche Anlageelektrode über eine Zuleitung elektrisch kontaktierbar ist und welche ebenfalls elektrisch kontaktierbare Mantelelektrode bezüglich der Mantelfläche dergestalt angeordnet ist, daß beim Drehen des Rotors in eine Richtung ein Kon densator bestehend aus der Mantelelektrode und der durch die Drehbe wegung in eine parallele Anordnung mit der Mantelelektrode gelangende Anlageelektrode gebildet ist.This object is achieved on the one hand by a device for detecting a predefined absolute zero position between one cylindrical body rotatable in both directions about its longitudinal axis solved by (rotor) and a fixed cylindrical body (stator), which two bodies are spaced axially apart are so that a through the outer surface of the inner body pers and the inner surface of the outer body more limited Winding gap is formed, of which lateral surfaces at least in egg nem area is designed to act as an electrode (jacket electrode), in which winding gap a flexible flat band is arranged in such a way that one end is attached to the rotor and the other end to the stator is and in the zero position of the two bodies to each other with an Ab cut around the outer surface of the inner body in the one direction and with another section on the inner mantle surface of the outer body lying in the opposite Direction is wound, so that between the two sections Reversing loop is formed, which ribbon in the zero position between the rotor and stator in the area of the winding Direction of the ribbon reversing loop as an electrode (Contact electrode) is designed to act, which contact electrode a supply line is electrically contactable and which is also electrical Contactable jacket electrode with respect to the jacket surface is arranged that when turning the rotor in one direction a Kon capacitor consisting of the jacket electrode and the rotary movement in a parallel arrangement with the jacket electrode Contact electrode is formed.
Ferner wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zum Erfassen einer vordefinierten absoluten Nullstellung zwischen einem um seine Längsachse in beide Richtungen drehbaren zylindrischen Körper (Rotor) und einem feststehenden zylindrischen Körper (Stator) gelöst, welche beiden Körper mit axialem Abstand zueinander angeordnet sind, so daß ein durch die äußere Mantelfläche des innenliegenden Körpers und die innere Mantelfläche des außenliegenden Körpers begrenzter Wickelspalt gebildet ist, in welchem Wickelspalt zwei flexible Flachbänder dergestalt angeordnet sind, daß deren eines Ende am Rotor und deren anderes Ende am Stator befestigt ist und in der Nullstellung der beiden Körper zueinander jeweils mit einem Abschnitt um die äußere Mantelfläche des innenliegenden Körpers in der einen Richtung und mit einem weiteren Abschnitt an der inneren Mantelfläche des außenliegenden Körpers anliegend in entgegengesetzter Richtung gewickelt ist, so daß zwischen den beiden Abschnitten jeweils eine die Wickelrichtung umkehrende Schleife gebildet ist, welches eine Flachband in der Nullstellung zwischen Rotor und Stator im Bereich der die Wickelrichtung dieses Flachbandes umkehrenden Schleife als Elektrode (Anlageelektrode) wirkend ausgebildet ist, und welches andere Flachband auf einer Länge als Elektrode (Flachbandelektrode) wirkend ausgebildet ist, welche Länge der Elektrode zumindest so bemessen ist, damit beim Drehen des Rotors in eine Richtung ein Kondensator bestehend aus der Flachbandelektrode und der durch die Drehbewegung in eine parallele Anordnung mit der Flachbandelektrode gelangenden Anlageelektrode gebildet ist.Furthermore, this object is achieved by a device for Detection of a predefined absolute zero position between one um its longitudinal axis rotatable cylindrical body in both directions (Rotor) and a fixed cylindrical body (stator), which two bodies are spaced axially apart are so that a through the outer surface of the inner Body and the inner surface of the outer body limited winding gap is formed, in which winding gap two flexible Flat belts are arranged such that one end of the rotor and the other end is attached to the stator and in the zero position of the both bodies to each other with a section around the outer Lateral surface of the inner body in one direction and with another section on the inner surface of the body lying in the opposite direction is wound, so that between each of the two sections Reversing loop is formed, which is a flat ribbon in the zero position between the rotor and stator in the area of the Winding direction of this ribbon reversing loop as an electrode (Contact electrode) is designed to act, and which other ribbon designed to act as an electrode (ribbon electrode) over a length is which length of the electrode is at least dimensioned so that when Rotating the rotor in one direction consists of a capacitor Ribbon electrode and that by rotating in a parallel Arrangement with the flat electrode contact electrode is formed.
Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen nutzen die sich einstellenden Ka pazitätsunterschiede zwischen zwei elektrisch kontaktierbaren Elektroden aus, wobei sich die Kapazitätsunterschiede durch unterschiedlichen Ab stand bzw. unterschiedliche Anordnung der Elektroden zueinander in Ab hängigkeit von der Stellung zwischen Rotor und Stator ergeben. Zu die sem Zweck verwenden die erfindungsgemäßen Vorrichtungen ein Flach band, welches in einem zwischen dem Rotor und dem Stator angeordne ten Wickelraum dergestalt angeordnet, daß dieses mit seinem einen Ende um den innenliegenden Körper in der einen Richtung und mit seinem an deren Ende innenseitig am äußeren Körper anliegend in entgegenge setzter Richtung gewickelt ist. Das Flachband bildet somit innerhalb des Wickelraumes eine die Wickelrichtung umkehrende Schleife aus. Derje nige Flachbandabschnitt, der in der Nullstellung zwischen Rotor und Sta tor die die Wickelrichtung umkehrende Schleife bildet, ist als Elektrode wirkend ausgebildet, welche Elektrode über eine Zuleitung elektrisch kontaktierbar ist. Bei einer Drehbewegung des Rotors in die eine oder in die andere Richtung gelangt diese als Anlageelektrode bezeichnete Elek trode in eine parallele Anordnung zur inneren Mantelfläche des äußeren Körpers oder zur äußeren Mantelfläche des inneren Körpers. Diese Anla gebewegung der Anlageelektrode wird erfindungsgemäß ausgenutzt, um dadurch mit einer weiteren Elektrode, die beispielsweise einer oder beiden Mantelflächen zugeordnet sein kann oder die durch ein weiteres als Elektrode wirkendes Flachband gebildet sein kann, einen Kondensator zu bilden. In derjenigen Stellung der Anlageelektrode, in der diese nahe an der weiteren Elektrode anliegt, ist ein Kondensator hoher Kapazität gebil det. Entsprechend gering ist die Kapazität, wenn die Anlageelektrode durch Drehen des Rotors in die andere Richtung am anderen Körper angeordnet ist. In Abhängigkeit von der Länge der weiteren Elektrode kann die dann erfaßte Kapazität auch einen sehr geringen Wert ein nehmen. Wird die Anlageelektrode infolge eines Drehens des Rotors durch ihre Nullstellung geführt, in der diese als die Wickelrichtung dieses Flachbandes umkehrende Schleife ausgebildet ist, dann ist ausgehend von einer vorherigen Anlage dieser Elektrode an einer weiteren ein Kapa zitätsabfall ggf. ein Kapazitätsminimum feststellbar, so daß auf diese Weise die Nullstellung zwischen Rotor und Stator auch über mehrere Um drehungen hinaus absolut definierbar ist. Entsprechend ist die Drehrich tung des Rotors detektierbar. Insbesondere eignen sich die erfindungs gemäßen Vorrichtungen zum Initialisieren eines Lenkwinkelsensorsy stems.The devices according to the invention use the resulting Ka difference in capacity between two electrically contactable electrodes from, with the capacity differences due to different Ab stood or different arrangement of the electrodes to each other in Ab depending on the position between the rotor and stator. To the For this purpose, the devices according to the invention use a flat band, which is arranged in a between the rotor and the stator th winding room arranged so that this with one end around the inner body in one direction and with his on the end of which lies against the inside of the outer body in the opposite direction set direction is wound. The flat ribbon thus forms within the Winding space from a loop reversing the winding direction. Derje nige flat band section, which in the zero position between the rotor and Sta tor which forms the loop reversing the winding direction is as an electrode acting, which electrode is electrically via a feed line is contactable. With a rotary movement of the rotor in one or in this electrode, called the contact electrode, moves in the other direction trode in a parallel arrangement to the inner surface of the outer Body or to the outer surface of the inner body. This anla movement of the contact electrode is used according to the invention in order to thereby with a further electrode, for example one or both Shell surfaces can be assigned or by another than Electrode-acting ribbon can be formed, a capacitor form. In the position of the contact electrode in which it is close to a further capacitor is formed det. The capacity is correspondingly low when the contact electrode by turning the rotor in the other direction on the other body is arranged. Depending on the length of the further electrode the capacity then recorded can also have a very low value to take. The contact electrode becomes due to a rotation of the rotor guided by their zero position in which this is called the winding direction of this Flat ribbon reversing loop is formed, then is starting from a previous installation of this electrode on another Kapa decrease in capacity, if necessary, a minimum capacity can be determined, so that this Way the zero position between the rotor and stator over several Um rotations beyond absolutely definable. The turnstile is corresponding direction of the rotor detectable. In particular, the fiction appropriate devices for initializing a steering angle sensor stems.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist zur Bildung des Kondensators eine Mantelelektrode vorgesehen, die entweder der inneren Mantelfläche des äußeren Körpers oder der äußeren Mantelfläche des inneren Körpers zugeordnet sein kann. Diese Mantelelektrode ist bezüglich der jeweiligen Mantelfläche in einer Position vorgesehen, die der Position entspricht, an der durch Drehen des Rotors die Anlageelektrode zur Anlage gelangt. In einer Weiterbildung dieser Ausführung ist vorgesehen, daß beide Mantel flächen jeweils eine mit der Anlageelektrode zusammenwirkende Mantel elektrode aufweisen. Durch eine solche Anordnung sind zwei Kondensa toren gebildet, deren Kapazitäten sich beim Drehen des Rotors durch die Nullstellung gegenläufig verhalten. Der eine Kondensator ist durch die dem äußeren Körper zugeordnete Mantelelektrode und der Anlageelek trode gebildet, während der andere Kondensator durch die der Mantelflä che des inneren Körpers zugeordnete Elektrode und die Anlageelektrode gebildet ist. Entsprechend kann ebenfalls vorgesehen sein, daß die ge samte innere Mantelfläche des außenliegenden Körpers sowie die äußere Mantelfläche des innenliegenden Körpers etwa durch metallisches Be dampfen als Elektroden ausgebildet sind.In one embodiment of the invention is to form the capacitor a jacket electrode is provided, either the inner jacket surface of the outer body or the outer surface of the inner body can be assigned. This jacket electrode is relative to the respective one Shell surface provided in a position that corresponds to the position which gets the system electrode to the system by turning the rotor. In A further development of this embodiment provides that both sheath each have a surface interacting with the contact electrode have electrode. With such an arrangement there are two condensates gates formed, the capacities of which rotate when the rotor is rotated by the Behave in the opposite direction. One capacitor is through that outer electrode assigned to the outer body and the contact electrode trode formed, while the other capacitor through which the mantle surface of the inner body and the contact electrode is formed. Accordingly, it can also be provided that the ge entire inner surface of the outer body and the outer Shell surface of the inner body, for example, by metallic Be vapor are designed as electrodes.
In einer weiteren Ausgestaltung ist als mit der Anlageelektrode zur Bil dung des Kondensators zusammenwirkende weitere Elektrode eine als Flachband ausgebildete Elektrode vorgesehen, die wie auch das Flach band der Anlageelektrode sowohl am Rotor als auch am Stator mit ent sprechenden Wicklungen befestigt ist. Bei dieser Ausgestaltung kann vor gesehen sein, daß die Flachbandelektrode, die wie auch das Flachband der Anlageelektrode eine die Wickelrichtung umkehrende Schleife ausbil det, im Bereich der sich in der Nullstellung zwischen Rotor und Stator ausbildenden Schleife eine Isolierung eingebracht ist, so daß durch die Flachbandelektrode zwei einzelne Elektroden gebildet sind. In Abhängig keit von der Drehrichtung des Rotors legt sich die Anlageelektrode sodann in eine parallele Anordnung zu der einen oder der anderen Elektrode. Auf diese Weise sind ebenfalls zwei bezüglich ihrer Kapazität beim Drehen des Rotors durch die Nullstellung gegenläufige Kondensatoranordnungen gebildet.In a further embodiment, as with the contact electrode for bil Formation of the capacitor cooperating another electrode as Flat-band electrode provided, which like the flat tied the contact electrode to both the rotor and the stator speaking windings is attached. With this configuration, before be seen that the ribbon electrode, like the ribbon the contact electrode form a loop reversing the winding direction det, in the area of the zero position between the rotor and stator forming loop insulation is introduced so that by the Ribbon electrode two individual electrodes are formed. Depending speed of the direction of rotation of the rotor, the contact electrode then lies down in a parallel arrangement to one or the other electrode. On this way, too, are two in terms of their turning capacity of the rotor through the zero position opposing capacitor arrangements educated.
Besonders bevorzugt ist eine Verwendung einer dieser Vorrichtungen zur Erfassung der absoluten Nullstellung einer Lenksäulen-Lenkrad-Einheit, bei welcher zur elektrischen Stromübertragung zwischen der Lenksäule als Rotor auf einen Stator eine Wickelfederkassette vorgesehen ist. Bei einer solchen Wickelfederkassette sind die stromübertragenden Kabel in einem oder mehreren Flachkabeln vereinigt, die unter Ausbildung einer die Wickelrichtung umkehrende Schleife wie auch die erfindungsgemäßen Flachbänder in dem Wickelspalt angeordnet sind. Zur Unterstützung des Wickelvorganges dieser Flachkabel werden Blindbänder eingesetzt. In Ab hängigkeit von der Ausgestaltung der Nullstellungserkennungsvorrichtung können eine oder mehrere dieser Blindbänder als Elektrodenflachbänder im Sinne der oben beschriebenen Erfindung eingesetzt sein. Derartige Wickelfederkassetten sind im Kraftfahrzeugbereich weit verbreitet, so daß eine solche vorbereitete Wickelkassette ohne zusätzlichen Montageauf wand mit einer integrierten Nullstellungserfassungsvorrichtung zur Beauf schlagung etwa eines Fahrdynamiksystemes oder etwa zum selbsttätigen Rückstellen eines Fahrtrichtungsanzeigers montierbar ist.It is particularly preferred to use one of these devices for Detection of the absolute zero position of a steering column / steering wheel unit, in which for electrical power transmission between the steering column a coil spring cassette is provided as a rotor on a stator. At Such a coil spring cassette are the power transmission cables in one or more flat cables combined, forming a the loop reversing the winding direction as well as the invention Flat strips are arranged in the winding gap. In support of the Blind tapes are used to wind these flat cables. In Ab dependence on the design of the zero position detection device can use one or more of these blind tapes as electrode flat tapes be used in the sense of the invention described above. Such Clock spring cassettes are widely used in the motor vehicle sector, so that such a prepared winding cassette without additional assembly wall with an integrated zero position detection device hitting a vehicle dynamics system or, for example, for automatic operation Resetting a direction indicator is mountable.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sowie Weiterbildungen sind Be standteil der übrigen Unteransprüche sowie der nachfolgenden Figuren beschreibung. Es zeigen:Further refinements of the invention and further developments are Be part of the other subclaims and the following figures description. Show it:
Fig. 1 eine schematisierte Ansicht einer Vorrichtung zum Erfassen einer vordefinierten Nullstellung zwischen einem um seine Längsachse in beiden Richtungen drehbaren Rotor und ei nem Stator in der Nullstellung zwischen Rotor und Stator, Fig. 1 is a schematic view of an apparatus for detecting a predefined zero position about its longitudinal axis between a rotor rotatable in both directions and ei nem stator in the neutral position between rotor and stator,
Fig. 1a ein eine Anlageelektrode beinhaltendes Flachband, Fig. 1a a plant electrode including retaining ribbon,
Fig. 2 die Vorrichtung der Fig. 1 nach Drehen des Rotors ausge hend von der Nullstellung in die eine Richtung, Fig. 2 shows the device of FIG. 1 after rotation of the rotor, starting from the zero position in one direction,
Fig. 3 die Vorrichtung der Fig. 1 nach Drehen des Rotors ausge hend von der Nullstellung in die entgegengesetzte Richtung, Fig. 3 shows the apparatus of Fig. 1 after rotation of the rotor, starting from the zero position in the opposite direction,
Fig. 4 ein Diagramm darstellend sich einstellende Kapazitätsände rungen beim Drehen des Rotors verwendend eine weitere Ausgestaltung der Erfindung und Fig. 4 is a diagram showing the capacity changes when turning the rotor using a further embodiment of the invention
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Wickelfederkassette einer Lenksäulen-Lenkrad-Einheit zum Übertragen von elek trischem Strom mit einer Vorrichtung zum Erfassen einer vordefinierten Nullstellung gemäß einer weiteren Ausgestal tung. Fig. 5 is a schematic representation of a coil spring cassette of a steering column steering wheel unit for transmitting electrical current with a device for detecting a predefined zero position according to a further embodiment.
Fig. 1 zeigt in einer Anordnung einen als zylindrischen Körper ausgebil deten Rotor 1, etwa eine Lenksäule eines Kraftfahrzeuges und einen kon zentrisch bezüglich des Rotors 1 angeordneten Stator 2. Der Stator ist ein zylindrischer Rohrabschnitt, dessen innere Mantelfläche 3 von der äuße ren Mantelfläche 4 des Rotors 1 beabstandet ist. Durch die äußere Man telfläche 4 des Rotors 1 und die innere Mantelfläche 3 des Stators 2 wird in radialer Richtung ein Wickelspalt 5 begrenzt, in dem ein flexibles Flach band 6 aus Kunststoff angeordnet ist. Fig. 1 zeigt den Rotor 1 und den Stator 2 in ihrer Nullstellung, in welcher das eine Ende des Flachbandes 6 um die äußere Mantelfläche 4 des Rotors 1 gewickelt und an dieser be festigt ist und das andere Ende des Flachbandes 6 in entgegengesetzter Wickelrichtung an der inneren Mantelfläche 3 des Stators 2 anliegend ge wickelt und an dieser befestigt ist. Die beiden Flachbandabschnitte sind durch eine die Wickelrichtung umkehrende Schleife 7 voneinander ge trennt. Die Anzahl der Wicklungen des Flachbandes 6 um den Rotor 1 bzw. den Stator 2 ist abhängig von der gewünschten Umdrehungszahl, die mit dem Rotor 1 in die eine bzw. in die andere Richtung getätigt wer den sollen. Fig. 1 shows an arrangement as a cylindrical body ausgebil Deten rotor 1 , such as a steering column of a motor vehicle and a con centrally arranged with respect to the rotor 1 stator 2nd The stator is a cylindrical tube section, the inner surface 3 of which is spaced from the outer surface 4 of the rotor 1 . By the outer man telfläche 4 of the rotor 1 and the inner circumferential surface 3 of the stator 2 , a winding gap 5 is limited in the radial direction, in which a flexible flat band 6 made of plastic is arranged. Fig. 1 shows the rotor 1 and the stator 2 in their zero position, in which one end of the ribbon 6 is wound around the outer circumferential surface 4 of the rotor 1 and is fastened to it and the other end of the ribbon 6 in the opposite winding direction on the inner circumferential surface 3 of the stator 2 fits tightly and is attached to this. The two flat strip sections are separated from one another by a loop 7 reversing the winding direction. The number of windings of the ribbon 6 around the rotor 1 or the stator 2 is dependent on the desired number of revolutions, which are to be carried out with the rotor 1 in one or the other direction.
Dem Flachband 6 ist eine Elektrode 8 zugeordnet, die in der in Fig. 1 gezeigten Nullstellung zwischen Rotor 1 und Stator 2 sich auf den Bereich der Schleife 7 beschränkt. Die Elektrode 8 ist zu ihrer grafischen Hervor hebung mit größerer Strichstärke dargestellt als die übrigen Abschnitte des Flachbandes 6; dieses ist den in den Figuren gezeigten Beispielen nicht als konstruktive Maßnahme (Aufdickung) anzusehen. Die Elektrode 8 kann unterschiedlich ausgebildet sein; beispielsweise kann die Elek trode 8 durch eine metallische Bedampfung des aus Kunststoff bestehen den Flachbandes 6 erstellt sein. Die Elektrode 8 kann jedoch auch in dem Flachband 6 als darin enthaltener elektrischer Leiter vorgesehen sein. Die Elektrode 8 ist durch eine elektrische Zuleitung, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel im Bereich der statorseitigen Befestigung abgreifbar ist, elektrisch kontaktierbar.The flat band 6 is assigned an electrode 8 , which in the zero position shown in FIG. 1 between the rotor 1 and the stator 2 is limited to the area of the loop 7 . The electrode 8 is shown for their graphic highlighting with greater line width than the other sections of the flat strip 6 ; In the examples shown in the figures, this should not be regarded as a constructive measure (thickening). The electrode 8 can be designed differently; for example, the elec trode 8 can be created by metallic vapor deposition of the flat strip 6 made of plastic. However, the electrode 8 can also be provided in the flat strip 6 as an electrical conductor contained therein. The electrode 8 can be electrically contacted by an electrical lead, which can be tapped off in the illustrated embodiment in the area of the stator-side fastening.
Der inneren Mantelfläche 3 des Stators 2 ist eine Mantelelektrode 9 zuge ordnet, die sich in demjenigen Bereich der Mantelfläche 3 befindet, in wel chem die Anlageelektrode 8 des Flachbandes 6 zur Anlage gelangt, wenn der Rotor 1 im Uhrzeigersinn bewegt wird. Der äußeren Mantelfläche 4 des Rotors 1 ist ebenfalls eine Mantelelektrode 10 zugeordnet, die so po sitioniert ist, daß die Anlageelektrode 8 beim Drehen des Rotors 1 gegen den Uhrzeigersinn in diesem Bereich zur Anlage gelangt. Die Anlageelek trode 8 ist mit den Mantelelektroden 9, 10 zur Bildung von zwei Konden satoren geschaltet, wobei ein Kondensator aus der Anlageelektrode 8 und der Mantelelektrode 9 und ein weiterer Kondensator aus der Anlageelek trode 8 und der Mantelelektrode 10 gebildet werden kann. In Abhängigkeit von der Drehrichtung des Rotors 1 wird durch das Heranführen der Anla geelektrode 8 an eine der beiden Mantelelektroden 9 oder 10 ein Kon densator hoher Kapazität gebildet. Bei der in Fig. 1 dargestellten Elek trode 8 handelt es sich um eine metallische Schicht innerhalb des Flach bandes 6, so daß durch den die Elektrode 8 umgebenen Kunststoff diese Oberfläche gegenüber den Mantelelektroden 9, 10 elektrisch isoliert ist.The inner lateral surface 3 of the stator 2 is assigned a jacket electrode 9 , which is located in that area of the jacket surface 3 in which the contact electrode 8 of the flat strip 6 comes to rest when the rotor 1 is moved clockwise. The outer lateral surface 4 of the rotor 1 is also assigned a jacket electrode 10 , which is so po sitioned that the contact electrode 8 comes into contact with the rotor 1 in this area when the rotor is turned. The contact electrode 8 is connected to the jacket electrodes 9 , 10 to form two capacitors, a capacitor consisting of the contact electrode 8 and the jacket electrode 9 and another capacitor from the contact electrode 8 and the jacket electrode 10 being formed. Depending on the direction of rotation of the rotor 1 , a condenser of high capacitance is formed by the approach of the contact electrode 8 to one of the two jacket electrodes 9 or 10 . In the illustrated in Fig. 1 Elec trode 8 If it is a metallic layer inside of the flat strip 6, so that this surface is opposite the coated electrodes 9, 10 are electrically insulated by the electrode 8 is surrounded plastic.
Das Flachband 6 ist zur Verdeutlichung desselben in einer schematisier ten Draufsicht in Fig. 1a dargestellt. Erkennbar ist darin die elektrische Zuleitung 11 und der durch die Zuleitung 11 kontaktierbare Elektrodenab schnitt 8. Die Elektrode 8 ist zu beiden Seiten des Flachbandes 6 wirkend angeordnet, damit sowohl ein Kondensator mit der Mantelelektrode 10 als auch mit der Mantelelektrode 9 gebildet werden kann.The flat strip 6 is shown to illustrate the same in a schematic plan view in Fig. 1a. The electrical supply line 11 and the electrode section 8 that can be contacted by the supply line 11 can be seen therein. The electrode 8 is arranged to act on both sides of the flat strip 6 , so that both a capacitor with the jacket electrode 10 and with the jacket electrode 9 can be formed.
Beim Drehen des Rotors gegen den Uhrzeigersinn ausgehend von der in Fig. 1 gezeigten Nullstellung erfolgt sodann eine Anlage der Anlageelek trode 8 an der Mantelelektrode 10. Diese Stellung zwischen Rotor 1 und Stator 2 ist in Fig. 2 dargestellt, wobei der Übersicht halber lediglich die Anlageelektrode 8 des Flachbandes 6 gezeigt ist. Beim Drehen des Ro tors im Uhrzeigersinn erfolgt dann eine Anlage der Anlageelektrode 8, wie in Fig. 3 gezeigt, an die Mantelelektrode 9.When the rotor is rotated counterclockwise starting from the zero position shown in FIG. 1, the system electrode 8 then contacts the jacket electrode 10 . This position between the rotor 1 and the stator 2 is shown in FIG. 2, only the contact electrode 8 of the flat strip 6 being shown for the sake of clarity. When the rotor is rotated clockwise, the contact electrode 8 , as shown in FIG. 3, then contacts the jacket electrode 9 .
Selbstverständlich kann der Rotor 1 in beide Richtungen weiter als die in Fig. 2 und Fig. 3 gezeigten Positionen gedreht werden, jedoch ändert sich die jeweilige Kondensatoranordnung dadurch nicht.Of course, the rotor 1 can be rotated in both directions further than those shown in Fig. 2 and Fig. 3 positions, but the respective capacitor array does not change.
Die gegenläufige Kapazitätsänderung beim Drehen des Rotors aus seiner in Fig. 2 gezeigten Stellung in die in Fig. 3 gezeigte Stellung, bei wel cher sich die Kapazität des durch den durch die Elektroden 8 und 10 ge bildeten Kondensators auf Null absenkt, wohingegen sich die Kapazität des aus der Elektroden 8 und 9 gebildeten Kondensators von einer gerin gen zu einer höheren Kapazität einstellt, wird zur Erfassung der absoluten Nullstellung zwischen Rotor 1 und Stator 2 verwendet, wobei durch den Schnittpunkt der gegenläufigen Kurven die Nullstellung zwischen Rotor und Stator definiert ist.The opposite change in capacitance when rotating the rotor from its position shown in Fig. 2 to the position shown in Fig. 3, at which cher the capacitance of the ge by the electrodes 8 and 10 formed by the capacitor decreases to zero, whereas the capacity of the capacitor formed from the electrodes 8 and 9 from a low level to a higher capacitance is used to detect the absolute zero position between the rotor 1 and the stator 2 , the zero position between the rotor and the stator being defined by the intersection of the opposing curves.
In einem weiteren, in den Figuren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel sind der Rotor 1 und der Stator 2 aus Kunststoff hergestellt und sowohl die äußere Mantelfläche des Rotors 1 als auch die innere Mantelfläche des Stators 2 mit einer metallischen Schicht, etwa durch Bedampfen auf getragen, versehen. Die sich ändernde Position der Anlageelektrode 8 beim Drehen des Rotors durch die Nullstellung hat dann zur Folge, daß in beiden Kondensatoren unabhängig von der Stellung des Rotors Kapazi täten erfaßbar sind, die sich jedoch deutlich voneinander unterscheiden. In Fig. 4 ist die Kapazitätsänderung der beiden Kondensatoren C1, C2 dargestellt, wenn der Rotor durch die Nullstellung gedreht wird. Dabei ist der Kondensator C1 aus der dem Rotor zugeordneten Mantelelektrode und der Anlageelektrode und der Kondensator C2 aus der dem Stator zu geordneten Mantelelektrode und der Anlageelektrode gebildet. Der Schnittpunkt der sich ändernden Kapazitäten gibt die Nullstellung in der Rotor-Stator-Anordnung wieder. Ist der Rotor bezüglich des Stators aus seiner Nullstellung herausgedreht, ändern sich die Kapazitäten der Kon densatoren C1 sowie C2 unabhängig davon, wie weit der Rotor in diese Richtung gedreht wird bzw. wieviele Umdrehungen der Rotor in diese Richtung gedreht wird, nicht.In a further exemplary embodiment, not shown in the figures, the rotor 1 and the stator 2 are made of plastic and both the outer lateral surface of the rotor 1 and the inner lateral surface of the stator 2 are provided with a metallic layer, for example by vapor deposition. The changing position of the contact electrode 8 when the rotor is rotated through the zero position then has the result that capacities can be detected in both capacitors regardless of the position of the rotor, but these differ significantly from one another. In FIG. 4, the change in capacitance of the two capacitors C 1, C 2 is shown when the rotor is rotated by the zero position. The capacitor C 1 is formed from the jacket electrode and the contact electrode assigned to the rotor, and the capacitor C 2 is formed from the jacket electrode and the contact electrode assigned to the stator. The intersection of the changing capacities reflects the zero position in the rotor-stator arrangement. If the rotor is turned out of its zero position with respect to the stator, the capacitances of the capacitors C 1 and C 2 do not change regardless of how far the rotor is rotated in this direction or how many revolutions the rotor is rotated in this direction.
Anstelle eines Bedampfens der Mantelflächen zur Ausbildung von Elek troden können ebenfalls aufgeklebte Folienelektroden oder elektrisch lei tende Folienbereiche, die im Wege eines Heißprägeverfahrens in die Kör per integriert sind, verwendet werden.Instead of steaming the jacket surfaces to form elec Trodes can also be glued on foil electrodes or electrically Tender foil areas that in the Kör are integrated.
In Fig. 5 ist eine Wickelfederkassette 12 einer nicht näher dargestellten Lenksäulen-Lenkrad-Einheit zur Übertragung von Strom zwischen dem Stator 13 und dem als Lenksäule dienenden Rotor 14 dargestellt. Zu die sem Zweck ist in den Wickelspalt 15 ein Flachkabel 16 dergestalt einge setzt, daß sein eines Ende in einer Richtung um den Rotor 14 gewickelt und endseitig daran befestigt ist und daß dessen anderes Ende in entge gengesetzter Richtung innenseitig an dem Stator 13 anliegend gewickelt und ebenfalls endseitig befestigt ist. Die Wickelrichtungsumkehrung des Flachkabels 16 wird durch eine mit dem Bezugszeichen 17 gekennzeich nete Schleife gebildet. Im Bereich der jeweils endseitigen Befestigung des Flachkabels 16 erfolgt eine nicht näher dargestellte Kontaktierung der einzelnen Litzen. Zur Unterstützung eines einwandfreien Auf- und Abwic kelns des Flachkabels 16 in Abhängigkeit von der Drehung der Lenksäule 14 sind drei bezüglich des Flachkabels 16 als Blindkabel zu bezeichnende Flachbänder vorgesehen, die entsprechend dem Flachkabel 16 statorsei tig sowie rotorseitig angeordnet und befestigt sind. Eines dieser Flach bänder nämlich das Flachband 18 ist entsprechend dem in Fig. 1a ge zeigten ausgebildet, so daß die in Fig. 5 durch dieses Flachband gebil dete Schleife 19 eine Anlageelektrode 20 beinhaltet bzw. darstellt. Ein weiteres Blindkabel, nämlich das Blindkabel 21 ist als Flachbandelektrode ausgebildet, die zur Erstellung eines Kondensators mit der Elektrode 20 des Flachbandes 18 zusammenwirkt. Zu diesem Zweck ist die Flachband elektrode 21 über ihre gesamte Länge als Bandelektrode ausgebildet. Durch Drehen der Lenksäule 14 in die eine oder in die andere Richtung gelangt sodann die Elektrode 20 entweder an einen am Stator 13 gewickelten Abschnitt der Flachbandelektrode 21 oder an einen um die Lenksäule 14 gewickelten Abschnitt zur Anlage, so daß in beiden Fällen durch die Elektroden 20 und 21 jeweils ein Kondensator gebildet ist. Der Kapazitätsverlauf dieses durch die Elektroden 20, 21 gebildeten Kondensators ausgehend von einer Stellung, bei der die Lenksäule 14 nach rechts eingeschlagen in eine die Nullstellung überschreitende Stel lung, bei der die Lenksäule 14 nach links gedreht worden ist, ist durch ein die Nullstellung darstellendes Minimum gekennzeichnet. Anstelle der in Fig. 5 dargestellten Flachbandelektrode kann auch eine solche vorge sehen sein, die lediglich im Bereich ihrer Schleife und der daran angren zenden Abschnitte als Elektrode wirkend ausgebildet ist, wobei diese Ab schnitte zumindest so bemessen sein müssen, daß diese dem Anlagebe reich der Elektrode 20 entsprechen.In Fig. 5 is a coil spring cassette 12 of a steering column steering wheel unit not shown shown for the transmission of power between the stator 13 and the rotor 14 serving as a steering column. For this purpose, a flat cable 16 is inserted in the winding gap 15 in such a way that its one end is wound in one direction around the rotor 14 and is attached to it at the end and that its other end is wound in the opposite direction on the inside against the stator 13 and is also attached at the end. The winding direction reversal of the flat cable 16 is formed by a designated by the reference numeral 17 loop. In the area of the respective end-side fastening of the flat cable 16 , the individual strands are not shown in detail. To support a proper assembly and Abwic kelns of the flat cable 16 in response to rotation of the steering column 14 of the flat cable 16 are provided as dummy cable to be designated flat strips three with respect to the 16 statorsei arranged corresponding to the flat cable tig, and the rotor side and fixed. One of these flat tapes namely the ribbon 18 is formed according to the ge shown in Fig. 1a, so that the gebil Dete loop 19 in Fig. 5 includes or represents a contact electrode 20 . Another dummy cable, namely the dummy cable 21 is designed as a ribbon electrode, which interacts with the electrode 20 of the ribbon 18 to create a capacitor. For this purpose, the ribbon electrode 21 is formed over its entire length as a ribbon electrode. By rotating the steering column 14 in one or the other direction, the electrode 20 then either comes to rest on a section of the flat-band electrode 21 wound on the stator 13 or on a section wound around the steering column 14 , so that in both cases through the electrodes 20 and 21 a capacitor is formed. The course of the capacitance of this capacitor formed by the electrodes 20 , 21 starting from a position in which the steering column 14 is turned to the right into a position exceeding the zero position, in which the steering column 14 has been turned to the left, is by a minimum representing the zero position featured. Instead of the ribbon electrode shown in Fig. 5 can also be seen easily, which is designed to act as an electrode only in the area of its loop and the sections adjoining it, these sections must at least be dimensioned such that they are rich in the system Correspond to electrode 20 .
In einem nicht näher dargestellten Ausführungsbeispiel ist anstelle der Flachbandelektrode 21 eine solche vorgesehen, die im Bereich ihrer in der Nullstellung zwischen Rotor 14 und Stator 13 sich ausbildenden Schleife eine elektrische Isolierung aufweist, so daß zwei Elektrodenab schnitte gebildet sind. Die Kapazitätsänderungen einer solchen Ausge staltung entsprechen der in Fig. 4 gezeigten. In an embodiment not shown in detail, instead of the flat ribbon electrode 21, one is provided which has electrical insulation in the region of its loop which forms in the zero position between the rotor 14 and the stator 13 , so that two electrode sections are formed. The capacity changes of such a design correspond to that shown in FIG. 4.
11
Rotor
rotor
22nd
Stator
stator
33rd
Innere Mantelfläche des Stators
Inner surface of the stator
44th
Äußere Mantelfläche des Rotors
Outer surface of the rotor
55
Wickelspalt
Winding gap
66
Flachband
Flat ribbon
77
Schleife
loop
88th
Anlageelektrode
Contact electrode
99
Mantelelektrode
Jacket electrode
1010th
Mantelelektrode
Jacket electrode
1111
Elektrische Zuleitung
Electrical supply
1212th
Wickelfederkassette
Clock spring cassette
1313
Stator
stator
1414
Rotor; Lenksäule
Rotor; Steering column
1515
Wickelspalt
Winding gap
1616
Flachkabel
Flat cable
1717th
Schleife
loop
1818th
Flachband, Blindkabel
Flat ribbon, dummy cable
1919th
Schleife
loop
2020th
Anlageelektrode
Contact electrode
2121
Flachbandelektrode, Blindkabel
C1 Ribbon electrode, dummy cable
C 1
Kondensator
C2 capacitor
C 2
Kondensator
capacitor
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8100 | Publication of patent without earlier publication of application | ||
| D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8320 | Willingness to grant licences declared (paragraph 23) | ||
| R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20120901 |