DE19900083A1 - Lenkwelle mit Leitung - Google Patents

Abstract

Vorgeschlagen wird eine Lenkwelle für ein Fahrzeug mit einem Lenkrad (2), das einen begrenzten Drehbereich hat und mindestens eine Funktionseinheit aufweist, die über eine Leitung mit einem Element verbunden ist, das ortsfest zur Karosserie des Fahrzeuges angeordnet ist. Sie zeichnet sich dadurch aus, daß die Lenkwelle (1) eine Aussparung (4) aufweist, die im Bereich beider Enden der Lenkwelle (1) Öffnungen (5, 6) hat, durch die die Leitung kontaktiert oder durch die sie aus der Aussparung (4) herausgeführt ist, daß die Öffnung (6) am dem Lenkrad (2) abgewandten Ende der Lenkwelle (1) auf deren Drehachse angeordnet ist, daß die Leitung aus flexiblem Material besteht und durch die Aussparung (4) verläuft und daß die Länge der Leitung so groß ist, daß ihre Verformung im Drehbereich des Lenkrades (2) ausschließlich elastisch erfolgt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lenkwelle für ein Fahrzeug mit einem Lenkrad, das einen begrenzten Drehbereich hat und mindestens eine Funktionseinheit aufweist, die über eine Leitung mit einem Element verbunden ist, das ortsfest zur Karosserie des Fahrzeuges angeordnet ist.

Häufig ist eine störungsfreie Energie- und Signalübertragung zwischen Teilen einer Vorrichtung erforderlich, die in einem begrenzten Winkelbereich gegeneinander drehbar sind. So weist das Lenkrad eines Kraftfahrzeuges in der Regel mehrere Funktionseinheiten auf, die mit ortsfest zur Fahrzeugkarosserie angeordneten Elementen verbunden sind, beispielsweise ein Airbag und ein Hupenschalter, die an eine Spannungsversorgung, die Hupe und eine Auslöseeinheit für den Airbag angeschlossen sind. Schleifkontakte, die zur Kontaktierung der Hupe verbreitet sind, ermöglichen aufgrund des Verschleißes und schwankender Übergangswiderstände keine dauerhaft zuverlässige Stromzuführung zur Auslösung eines Airbags. Daher wurden zu diesem Zweck Drehverbinder mit einer in Windungen verlaufenden Flachbandleitung entwickelt (Clockspring), die jeweils einen ortsfest im Fahrzeug angeordneten und einen mit dem Lenkrad drehbaren Anschluß aufweisen. Derartige Drehverbinder sind in unterschiedlichen Ausführungen gebräuchlich. Von Nachteil ist jedoch, daß sie einen aufwendigen Aufbau besitzen und einen hinreichenden Bauraum benötigen, der im Bereich der Lenksäule oft nicht zur Verfügung steht.

Vor diesem Hintergrund hat es sich die Erfindung zur Aufgabe gestellt, eine Lenkwelle mit einer Leitung zwischen einer drehbaren und einer ortsfesten Endstelle zu entwickeln, wobei die Lenkwelle einen einfachen Aufbau aufweist und einen geringen Bauraum benötigt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Lenkwelle eine Aussparung aufweist, die im Bereich beider Enden der Lenkwelle Öffnungen hat, durch die die Leitung kontaktiert oder durch die sie aus der Aussparung herausgeführt ist, die Öffnung am dem Lenkrad abgewandten Ende der Lenkwelle auf deren Drehachse angeordnet ist, die Leitung aus flexiblem Material besteht und durch die Aussparung verläuft, und die Länge der Leitung so groß ist, daß ihre Verformung im Drehbereich des Lenkrades ausschließlich elastisch erfolgt.

Ein Kerngedanke der Erfindung besteht darin, daß die Leitung, welche die Funktionseinheiten am Fahrzeuglenkrad mit den ortsfest im Fahrzeug angeordneten Elementen verbindet, im Inneren der Lenkwelle geführt ist. Zu diesem Zweck weist die Lenkwelle eine vorzugsweise entlang ihrer Drehachse durchgehende Aussparung auf, durch die die Leitung verläuft. Geeignet ist insbesondere eine Hohlwelle mit einem zylindrischen Hohlraum im Inneren. Zweckmäßig verläuft die Leitung über ihre gesamte Länge auf oder im Bereich der Drehachse. Geringe Abweichungen sind grundsätzlich möglich, erhöhen jedoch ggf. die mechanische Belastung der Leitung. Es besteht die Möglichkeit, daß die Leitung von den inneren Wandungen der Lenkwelle beabstandet verläuft, insbesondere wenn sie endseitig derart festgelegt ist, daß sie unter mechanischer Spannung steht. Vorzugsweise hat die Leitung jedoch zur Verringerung der Belastung eine Überlänge gegenüber der Aussparung, so daß sie ohne Verspannung verläuft. Eine glatte innere Wandung der Aussparung mit einem geringen Reibungskoeffizienten gegenüber der Leitung reduziert dabei den Abrieb im Bereich von Anlageflächen.

Öffnungen an beiden Enden der Lenkwelle ermöglichen ein Herausführen der Leitung bzw. ihrer Adern oder die Kontaktierung durch ein Verbindungselement, das ggf. durch die Öffnung in die Lenkwelle hineinragt. An demjenigen Ende der Lenkwelle, das vom Lenkrad abgewandt ist, ist die Öffnung auf der Stirnseite und Drehachse der Lenkwelle angeordnet. Am Lenkrad kann die Öffnung sowohl auf der Stirnfläche als auch am Umfang der Lenkwelle angeordnet sein. Die Kontaktierung der mit dem Lenkrad drehbaren Funktionseinheiten und der zur Karosserie ortsfesten Elemente kann unmittelbar durch die Leitung oder durch weitere Leitungen erfolgen, z. B. um zur Vereinfachung der Montage an Verbindern lösbare Anschlüsse vorzusehen.

Die Leitung besteht aus hochflexiblem Material und ist insbesondere für Torsionsbeanspruchungen geeignet. Sie verläuft zwischen dem Lenkrad bzw. einem dazu drehfesten Fixpunkt und einem zur Karosserie drehfesten Fixpunkt, der am dem Lenkrad entgegengesetzten Ende der Lenkwelle angeordnet ist. Die Länge des torsionsbeanspruchten Abschnitts der Leitung ist so groß, daß ihre Verformung im Drehbereich des Lenkrades ausschließlich elastisch erfolgt. Da eine große Länge die mechanische Beanspruchung reduziert, entspricht die Länge des torsionsbeanspruchten Abschnitts bevorzugt angenähert der Länge der Lenkwelle und beträgt zum Beispiel etwa 1 m. Zweckmäßig ist das dem Lenkrad abgewandte Ende der Lenkwelle gut zugänglich angeordnet, insbesondere durch ein Lenkgetriebe hindurch geführt, um die Anbringung des Fixpunktes für die Leitung sowie ihre elektrische Verbindung zu vereinfachen.

Die Leitung kann eine oder mehrere Adern umfassen, wobei neben elektrischen auch optische Adern möglich sind. Als elektrische Leiter sind aufgrund der hohen Flexibilität Litzen bevorzugt. Die Adern der Leitung können verseilt oder unverseilt verlaufen. Im letzteren Fall stimmt eine parallele, torsionsfreie Lage der Adern bevorzugt mit der Mittelstellung des Lenkraddrehbereichs überein. Denkbar ist auch, daß mehrere Leitungen in der Lenkwelle verlaufen.

Ein Vorteil der vorgeschlagenen Lenkwelle besteht in ihrem einfachen Aufbau, der eine kostengünstige Fertigung ermöglicht. Dabei verläuft die Leitung platzsparend im Inneren der Lenkwelle. Zudem ist die Verbindung bei Drehungen der Lenkwelle geräuscharm. Die Lenkwelle ermöglicht es einerseits, durch die Leitung Signale in das Lenkrad hinein zu übertragen, z. B. für die Auslösung eines ein- oder mehrstufigen Airbags. Andererseits gestattet sie die Anbringung von Bedieneinheiten im Lenkrad für ortsfest im Fahrzeug angeordnete Elemente, etwa ein Radio, ein Telefon, einen Tempomaten oder ein Navigationssystem.

Bevorzugt ist die Leitung mit einer äußeren Schutzhülle versehen, beispielsweise einem Schutzschlauch oder -mantel. Die Hülle umgibt die Leitung entweder lose und ggf. mit einem geringen Abstand oder ist fest mit ihrer Oberfläche verbunden, etwa indem sie auf die Leitung extrudiert ist. Ebenso können mehrere Leitungen eine gemeinsame Schutzhülle aufweisen. Die Schutzhülle, deren Oberfläche vorzugsweise einen geringen Reibungskoeffizienten zum Material der Lenkwelle aufweist, verhindert mechanische Beschädigungen der Leitung, speziell durch Abrieb an der inneren Oberfläche der Lenkwelle.

Der äußere Querschnitt der Leitung ist grundsätzlich beliebig. Zweckmäßig und einfach herstellbar sind runde Querschnitte, die den Abrieb an der Lenkwelle vermindern. Ein runder äußerer Querschnitt der Leitung ist auch durch eine Schutzhülle herstellbar, die eine oder mehrere Leitungen umschließt.

Zur Führung der Leitung sind eine oder beide endseitigen Öffnungen der Ausnehmung zweckmäßig mit einem Verschlußstück versehen, das eine Durchführung für die Leitung aufweist. Die Verschlußstücke eignen sich als Zugentlastung und sind zu diesem Zweck bevorzugt an der Leitung bzw. ihrer Schutzhülle fixiert, beispielsweise durch Klemmung, Anspritzen des Verschlußstücks oder Eingießen der Leitung in seine Durchführung. Um die erfindungsgemäße Torsion der Leitung bei Drehung des Lenkrades sicherzustellen, ist die Durchführung des Verschlußstücks, das im Bereich des Lenkrades angeordnet ist, drehfest zur Lenkwelle. Die Durchführung eines Verschlußstücks am entgegengesetzten Ende der Lenkwelle ist dagegen drehfest zur Karosserie des Fahrzeuges. Ist ein Anliegen oder eine Fixierung des karosserieseitigen Verschlußstücks an der Lenkwelle vorgesehen, umfaßt es gegebenenfalls ein zur Drehachse der Lenkwelle koaxiales Lager, in dessen Zentrum sich die zur Karosserie drehfeste Durchführung befindet.

Die Anbringung eines Verschlußstücks an der Lenkwelle erfolgt beispielsweise durch Formschluß, um eine einfache Montage bei sicherem Halt zu ermöglichen.

Umfaßt das Lenkrad lediglich Einheiten mit wenigen Funktionen, erfolgt die Kontaktierung meist durch der jeweiligen Einheit zugeordnete Adern bzw. Leitungen. Mit zunehmender Zahl und Komplexität der Funktionseinheiten erweist es sich jedoch als zweckmäßig, Signalübertragungen über Busleitungen vorzunehmen, die mit einer oder mehreren Einheiten verbunden sind, um eine übermäßige Zahl von Adern und Leitungen durch die Lenkwelle zu vermeiden. In diesem Fall wird vorgeschlagen, daß eine Leitung zumindest eine Ader bzw. ein Adernpaar umfaßt, das als Busleitung dient. Die Energieversorgung der Funktionseinheiten im Lenkrad erfolgt dabei bevorzugt über ein gemeinsames Adernpaar, das einen hinreichenden Leitungsquerschnitt zur Stromversorgung sämtlicher Einheiten aufweist.

Im folgenden Beschreibungsteil ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der prinzipienhaften Zeichnung näher erläutert. Sie zeigt den Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Lenkwelle mit Lenkrad.

Die Lenkwelle (1) ist auf bekannte Weise starr mit einem Lenkrad (2) verbunden, wobei die Fixierung beispielsweise durch eine Mutter (3) erfolgt. Wie im Schnitt erkennbar ist, handelt es sich bei der Lenkwelle (1) um eine Hohlwelle mit einer in axialer Richtung durchgehenden, zylindrischen Aussparung (4) entlang ihrer Drehachse. Endseitige Öffnungen (5, 6) ermöglichen es, eine Leitung mit mehreren Adern (7, 8) durch die Aussparung (4) der Lenkwelle (1) zu führen. Zur Vereinfachung der Darstellung sind lediglich zwei der Adern (7, 8) wiedergegeben, bei denen es sich beispielsweise um isolierte Litzen handelt. Ein Paar von Adern (7) mit den endseitigen Verbindern (7.1, 7.2) dient z. B. zur Ansteuerung eines nicht dargestellten Airbags, der am Verbinder (7.1) angeschlossen wird, während der Verbinder (7.2) zum Anschluß seiner Auslöseeinheit dient. Durch ein zweites Paar von Adern (8) mit den endseitigen Verbindern (8.1) und (8.2) läßt sich eine Hupe des Fahrzeugs mit einem im Lenkrad angeordneten Hupenschalter verbinden.

In der Regel hat die Leitung eine geringe Überlänge gegenüber der Aussparung (4) und liegt ggf. an ihrer inneren Wandung an. Im Bereich der Lenkwelle (1) ist die Leitung mit einer Schutzhülle (9) versehen, die ihre mechanische Beschädigung, insbesondere durch Abrieb, verhindert. An den Enden der Leitung ist die Schutzhülle (9) entfernt, um eine Auffächerung der Adern (7, 8) zu den Anschlußorten der Verbinder (7.1, 7.2, 8.1, 8.2) zu ermöglichen. Zum Zweck der Zugentlastung ist die Schutzhülle (9) in einem Verschlußstück (10) fixiert, das beispielsweise auf die Schutzhülle (9) geklemmt oder daran angespritzt ist. Die Verbindung des Verschlußstücks (10) mit der Lenkwelle (1) erfolgt durch Formschluß. Ein weiteres Verschlußstück (11), gegenüber dem die Lenkwelle (1) drehbar ist, dient zur Festlegung der Schutzhülle (9) am unteren Ende der Lenkwelle (1).

Zwischen den durch die beiden Verschlußstücke (10, 11) gebildeten Fixpunkten verläuft die Leitung frei durch die Aussparung (4) der Lenkwelle (1), wobei der Aussparungsdurchmesser den Durchmesser der Leitung mit ihrer Schutzhülle (9) übersteigt. Aufgrund des flexiblen Materials der Leitung kann eine Drehung des Lenkrades (2) in einem begrenzten Winkelbereich durch Torsion der Leitung ausgeglichen werden. Auf diese Weise wird eine einfache, platzsparende und dauerhaft funktionssichere Verbindung von Komponenten am Lenkrad (2) mit der Karosserie des Fahrzeuges ermöglicht.

Claims (7)

1. Lenkwelle für ein Fahrzeug mit einem Lenkrad (2), das einen begrenzten Drehbereich hat und mindestens eine Funktionseinheit aufweist, die über eine Leitung mit einem Element verbunden ist, das ortsfest zur Karosserie des Fahrzeuges angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß
die Lenkwelle (1) eine Aussparung (4) aufweist, die im Bereich beider Enden der Lenkwelle (1) Öffnungen (5, 6) hat, durch die die Leitung kontaktiert oder durch die sie aus der Aussparung (4) herausgeführt ist,
die Öffnung (6) am dem Lenkrad (2) abgewandten Ende der Lenkwelle (1) auf deren Drehachse angeordnet ist,
die Leitung aus flexiblem Material besteht und durch die Aussparung (4) verläuft,
und die Länge der Leitung so groß ist, daß ihre Verformung im Drehbereich des Lenkrades (2) ausschließlich elastisch erfolgt.

2. Lenkwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung eine äußere Schutzhülle (9) umfaßt.

3. Lenkwelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Querschnitt der Leitung rund ist.

4. Lenkwelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder beide endseitigen Öffnungen (5, 6) mit einem Verschlußstück (10, 11) versehen sind, das eine Durchführung für die Leitung aufweist.

5. Lenkwelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verschlußstück (10, 11) an der Leitung fixiert ist.

6. Lenkwelle nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verschlußstück (10, 11) an der Lenkwelle (1) fixiert ist.

7. Lenkwelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung Adern (7, 8) für Bus- und Energieleitungen umfaßt.