DE19914395A1

DE19914395A1 - Induktiver Übertrager

Info

Publication number: DE19914395A1
Application number: DE19914395A
Authority: DE
Inventors: Harald Kazmierczak
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-03-30
Filing date: 1999-03-30
Publication date: 2000-10-12
Also published as: EP1041589B1; EP1041589A3; EP1041589A2; DE50014885D1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen induktiven Übertrager zur Übertragung von Messdaten und/oder elektrischer Energie zwischen zwei gegeneinander beweglichen Bauteilen mit einem primären und einem sekundären Übertragerteil (13, 15), insbesondere zwischen an der Lenkspindel (11) und der Lenksäule (10) eines Fahrzeuges. Im Bereich zwischen dem primären und dem sekundären Übertragerteil (13, 15) ist ein flexibles oder gleitendes ferromagnetisches Material (17, 20) angebracht. Das flexible ferromagnetische Material kann eine Schürze (17) sein, die den Spalt zwischen dem primären und dem sekundären Übertragerteil (13, 15) nahezu vollständig umschließt oder eine Lagerschale (20), an der das primäre und/oder das sekundäre Übertragerteil (13, 15) gleitend führbar ist.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen induktiven Übertrager, ins besondere einen Drehübertrager, zur Signal- und/oder Energieübertragung zwischen beweglichen Bauteilen nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Es stellt sich bei der elektrischen Signal- und Energie übertragung, beispielsweise an beweglichen Teilen in ei nem Kraftfahrzeug in Verbindung mit an den beweglichen Teilen angebrachten Sensoren, häufig die Aufgabe, trotz mechanischer Führungsprobleme eine sichere und trotzdem flexible elektrische Kopplung zwischen den beweglichen Teilen herzustellen. Beispielsweise bei Lenkwinkelsenso ren zur Detektierung des Drehwinkels eines Lenkrades sind zwischen der drehbaren Lenkspindel und der feststehenden Lenksäule erhebliche Montage- und Lagetoleranzen im mm- Bereich vorhanden.

Häufig soll hier z. B. eine bidirektionale Datenübertra gung zwischen Lenksäule und Lenkrad bei gleichzeitiger Energieübertragung von der Lenksäule zum Lenkrad möglich sein. Die Energieübertragung kann bei ca. 1 W liegen, wenn nur die Lenkradelektronik versorgt werden muss und bei zusätzlichen 120 W, wenn eine Lenkradheizung versorgt werden soll. In herkömmlicher Weise wird in solchen Fäl len eine Wickelfeder zur Datenübertragung und ein Schleifring zur Energieübertragung vorgesehen. Die Wic kelfeder und der Schleifringe haben jedoch prinzipiell einen relativ hohen Geräuschpegel und verursachen gleich zeitigen sog. EMV-Probleme (EMV = Elektro-Magnetische- Verträglichkeit).

Vorteile der Erfindung

Gemäß der Erfindung wird ein induktiver Übertrager zur Übertragung von Messdaten und/oder elektrischer Energie zwischen zwei gegeneinander beweglichen Bauteilen mit ei nem primären und einem sekundären Übertragerteil mit den im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Mitteln in vorteilhafter Weise weitergebildet, da im Bereich zwi schen dem primären und dem sekundären Übertragerteil ein flexibles oder gleitendes ferromagnetisches Material an gebracht ist.

Bei einer ersten vorteilhaften Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Übertrager eine Schürze aus flexiblem ferromagnetischen Material auf, die den Spalt zwischen dem primären und dem sekundären Übertragerteil nahezu vollständig umschließt. Beim Aufbau von solchen Übertra gern bzw. Transformatoren ergeben sich in der Regel Öff nungen zwischen den beiden Übertragerhälften und somit eine nicht zu vernachlässigende Ausstrahlmöglichkeit von elektromagnetischen Strahlen, die zu Störungen, bei spielsweise bei einer Anwendung in einem Kraftfahrzeug, führen können. Gemäß der Erfindung werden die fertigungs- und montagebedingten Öffnungen auf einfache Weise mit ei ner magnetischen Schürze abgedichtet.

Die induktiv koppelnden Spulen sind bei dieser Ausfüh rungsform, beispielsweise eines Drehübertragers, mit ei nem in vorgegebenen Grenzen vorhandenen mechanischem Spiel zueinander beweglich. Bei der Montage wird bei spielsweise die magnetische Schürze, die vorzugsweise aus Silikon oder einem Elastomer mit ähnlichen Eigenschaften und mit eingebettetem ferromagnetischen Pulver herge stellt ist über den Kern des Sekundärteils gestülpt und befestigt. Der Primärkern wird durch die Schürze in den Sekundärkern gebracht. Da der Innendurchmesser der Schür ze kleiner als der Außendurchmesser des Sekundärkerns ist, kann keine elektromagnetisch Strahlung nach außen dringen.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist das flexible ferromagnetische Material eine Lagerschale, an der das primäre und/oder das sekundäre Übertragerteil gleitend mit einem in vorgegebenen Grenzen vorhandenen mechanischem Spiel führbar ist, wobei ein Spalt zwischen dem primären und dem sekundären Übertragerteil nahezu vollständig durch die Lagerschale ausgefüllt wird. Auch hier können in vorteilhafter Weise die Übertragerteile rotationssymetrisch zueinander angeordnet sein, wobei mindestens ein Übertragerteil drehbeweglich ist.

Eine vorteilhafte Anwendung ergibt sich insbesondere, wenn das eine rotationssymetrisches Übertragerteil an der Lenkspindel eines Fahrzeuges und das andere rotationssy metrisches Übertragerteil an der Lenksäule eines Fahrzeu ges angebracht ist, wobei dann auf einfache Weise über die Übertragerteile eine Messdaten- und/oder Energieüber tragung durchführbar ist.

Das oben beschriebene Spiel zwischen den Übertragerteilen ist bei dieser Anwendung als Spielausgleich zwischen der Lenksäule und der Lenkspindel erforderlich. Der Wirkungs grad des Übertragers wird jedoch erhöht, wenn die dadurch entstehende Lücke verringert wird. Erfindungsgemäß wird dadurch, dass ein Teil des Übertragers mit einer gleiten den Ummantelung bzw. Schürze versehen oder dadurch, dass der gesamte Übertrager schwimmend in einer Lagerschale aus gleitendem Material wie Kunststoff gelagert ist, die elektrische Übertragung optimiert ohne die mechanische Funktion einzuschränken. Der gleitende Kunststoff der La gerschale ist auch hier mit einem ferromagnetischen Mate rial angereichert, so dass der Feldlinienverlauf durch den Kunststoff verbessert wird.

Diese und weitere Merkmale von bevorzugten Weiterbildun gen der Erfindung gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehre ren in Form von Unterkombinationen bei der Ausführungs form der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausfüh rungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen induktiven Übertragers zur Signal- und Energieübertragung zwischen Bauteilen eines Drehübertragers werden anhand der Zeich nung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 zwei Ansichten eines Drehübertragers zwi schen einer Lenkspindel und einer Lenksäule eines Kraftfahrzeuges mit einer magnetischen Schürze;

Fig. 2 zwei Ansichten eines Drehübertragers zwi schen einer Lenkspindel und einer Lenksäule eines Kraftfahrzeuges mit einer schwimmenden Lagerung an einer magnetischen Lagerschale und

Fig. 3 eine Teilansicht der Lagerschale nach der Fig. 2.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist eine Lenksäule 10 gezeigt, die Bestandteil einer hier nicht dargestellten und nicht näher erläuter ten Lenkvorrichtung für ein Kraftfahrzeug ist. Das Ende einer Lenkspindel 11 ist dabei mittels eines Lenkrades drehbar, wobei die Lenkspindel 11 an der Lenksäule 10, die fest mit dem Chassis des Fahrzeugs verbunden ist, drehbar gehalten ist.

Zwischen der Lenkspindel 11 und der Lenksäule 10 ist ein Drehübertrager 12 angeordnet mit dem Messdaten und/oder elektrische Energie zwischen beispielsweise auf der Lenk spindel 11 angeordneten Sensoren und einer zentralen Aus werteeinheit im Fahrzeug übertragen werden können. Es werden dabei ein primäres Übertragerteil 13 mit einer Spule 14 und einem dazugehörigen Kern und ein sekundäres Übertragerteil 15 mit einer Spule 16 und einem dazugehö rigen Kern gebildet.

Das primäre Übertragerteil 13 ist dabei fest an der Lenk säule 10 und das sekundäre Übertragerteil 15 ist drehbar mit der Lenkspindel 11 angeordnet. Bei diesem Ausfüh rungsbeispiel ist am Übertrager 12 eine Schürze 17 aus flexiblem ferromagnetischen Material, beispielsweise aus Silikon oder einem Elastomer mit ähnlichen Eigenschaften und mit eingebettetem ferromagnetischen Pulver, vorhan den, die den Spalt zwischen dem primären 13 und dem se kundären Übertragerteil 15 nahezu vollständig umschließt. Beim Aufbau von solchen Übertragern 12 an einer Lenkvor richtung ergeben sich in der Regel Öffnungen durch das fertigungs- und montagebedingte Lagerspiel, insbesondere zwischen den beiden Spulen 14 und 16 und somit eine nicht zu vernachlässigende Ausstrahlmöglichkeit von elektroma gnetischen Strahlen, die zu Störungen im Kraftfahrzeug führen können.

Die zuvor beschriebenen Öffnungen werden auf einfache Weise mit der magnetischen Schürze 17 abgedichtet. Bei der Montage wird hier die magnetische Schürze 17 über den Kern des sekundären Übertragerteils 15 gestülpt und befe stigt. Der Kern des primären Übertragerteils 13 wird dann durch die Schürze 17 in den Bereich des sekundären Über tragerteils 15 gebracht. Wenn der Innendurchmesser der Schürze 17 dabei kleiner ist als der Außendurchmesser des sekundären Kerns, kann keine elektromagnetisch Strahlung nach außen dringen.

Bei einem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist eine La gerschale 20 angeordnet, an der das primäre und/oder das sekundäre Übertragerteil 13, 15 gleitend mit einem in vorgegebenen Grenzen vorhandenen mechanischem Spiel führ bar ist, wobei ein Spalt zwischen dem primären und dem sekundären Übertragerteil 13 und 15 nahezu vollständig durch die Lagerschale 20 ausgefüllt wird. Die gleich wir kenden Bauteile sind hier mit den gleichen Bezugszeichen versehen, wobei in Fig. 3 ein vergrößerter Ausschnitt A der Lagerschale 20 zwischen dem primären Übertragerteil 13 und dem sekundären Übertragerteil 15 gezeigt ist.

Das weiter oben beschriebene Spiel zwischen den Übertra gerteilen 13 und 15 ist auch bei diesem Ausführungsbei spiel zu berücksichtigen, da hier immer ein Spielaus gleich zwischen der Lenksäule und der Lenkspindel erfor derlich ist. Der Wirkungsgrad des Übertragers 12 wird bei beiden Ausführungsbeispielen dadurch erhöht, dass die durch das Spiel entstehende Lücke verringert wird. Da durch, dass der gesamte Übertrager 12 bei dem Ausfüh rungsbeispiel nach der Fig. 2 schwimmend in der Lager schale 20 aus gleitendem Material wie Kunststoff Pulver gelagert ist, wird die elektrische Übertragung optimiert ohne die mechanische Funktion einzuschränken. Der glei tende Kunststoff der Lagerschale 20 ist auch hier mit ei nem ferromagnetischen Material angereichert.

Claims

1. Induktiver Übertrager zur Übertragung von Messdaten und/oder elektrischer Energie zwischen zwei gegeneinander beweglichen Bauteilen mit einem primären und einem sekun dären Übertragerteil (13, 15), dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich zwischen dem primären und dem sekundären Über tragerteil (13, 15) ein flexibles oder gleitendes ferroma gnetisches Material (17; 20) angebracht ist.

2. Induktiver Übertrager nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass das flexible ferromagnetische Material eine Schürze (17) ist, die den Spalt zwischen dem primären und dem sekundä ren Übertragerteil (13, 15) nahezu vollständig umschließt.

3. Induktiver Übertrager nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, dass die induktiv koppelnden Spulen (14, 16) und die zugehöri gen Kerne mit einem in vorgegebenen Grenzen vorhandenen mechanischem Spiel zueinander beweglich sind und dass die Schürze (17) über das primäre oder das sekundäre Übertragerteil (15) gestülpt ist und mit dem jeweils an deren Übertragerteil (13) in gleitendem Kontakt steht.

4. Induktiver Übertrager nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass das flexible ferromagnetische Material eine Lagerschale (20) ist, an der das primäre und/oder das sekundäre Über tragerteil (13, 15) gleitend führbar ist, mit einem in vorgegebenen Grenzen vorhandenen mechanischem Spiel, wo bei ein Spalt zwischen dem primären und dem sekundären Übertragerteil (13, 15) nahezu vollständig durch die La gerschale (20) ausgefüllt wird.

5. Induktiver Übertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragerteile (13, 15) rotationssymetrisch zueinan der angeordnet sind und mindestens ein Übertragerteil (15) drehbeweglich ist.

6. Induktiver Übertrager nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, dass ein rotationssymetrisches Übertragerteil (15) an der Lenkspindel (11) eines Fahrzeuges und das andere rotati onssymetrisches Übertragerteil (13) an der Lenksäule (10) eines Fahrzeuges angebracht ist und dass über die Übertragerteile (13, 15) eine Messdaten- und/oder Energieübertragung durchführbar ist.

7. Induktiver Übertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das ferromagnetische Material (17, 20) ein Kunststoff ist, in den ein ferromagnetisches Pulver eingebettet ist.

8. Induktiver Übertrager nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, dass der Kunststoff Silikon oder ein Elastomer mit ähnlichen Eigenschaften ist.