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Die Erfindung betrifft eine Verbindungsvorrichtung zur elektrischen und/oder optischen Verbindung zweier relativ zueinander bewegbarer Bauteile nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Eine derartige Verbindungsvorrichtung umfasst mindestens einen flexiblen elektrischen bzw. optischen Leiter, der mit jedem der beiden zueinander bewegbaren Bauteile in (elektrischem bzw. optischem) Kontakt steht, um (auch während einer Relativbewegung der Bauteile) Energie und/oder Signale zwischen den beiden Bauteilen übertragen zu können. Aufgrund seiner Flexibilität wird der flexible Leiter während einer Relativbewegung der beiden Bauteile ebenfalls bewegt, und zwar in der Weise, dass sich unterschiedliche Abschnitte des Leiters mit unterschiedlicher Geschwindigkeit und/oder in unterschiedlichen Richtungen bewegen.
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Solche Verbindungsvorrichtungen dienen beispielsweise zur elektrischen Anbindung von Funktionskomponenten eines Lenkrades an das Bordnetz eines Kraftfahrzeugs, wobei die beiden über den flexiblen Leiter zu verbindenden Bauteile einerseits durch einen fahrzeugfesten Statur und andererseits durch einen gemeinsam mit dem Lenkrad drehbaren Rotor gebildet werden. Bei bekannten Verbindungsvorrichtungen dieser Art, vergleiche etwa
EP 1 800 956 A1 und
DE 195 33 439 C1 , ist an jedem der beiden elektrisch oder optisch miteinander zu verbindenden Bauteile, also etwa an einem Rotor einerseits und einem Statur andererseits, jeweils ein Ende des flexiblen Leiters festgelegt und dort über Verbindungsstecker elektrisch bzw. optisch kontaktiert.
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Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Verbindungsvorrichtung der eingangs genannten Art weiter zu verbessern, insbesondere bei möglichst einfachem Aufbau der Verbindungsvorrichtung eine zuverlässige Übertragung optischer bzw. elektrischer Energie und Signale zu ermöglichen.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Schaffung einer Verbindungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Danach ist der flexible Leiter als ein geschlossen umlaufendes längserstrecktes Element ausgeführt, das an jedem der beiden Bauteile über je einen Kontaktbereich (flächig oder linienförmig) anliegt.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass der flexible Leiter einer gattungsgemäßen Verbindungsvorrichtung in einfacher Weise durch einen (ringförmig) geschlossenen flexiblen Leiter (z. B. nach Art eines Endlosbandes) gebildet werden kann, der während einer Relativbewegung der beiden Bauteile auf diesen Bauteilen jeweils „abrollt”, da aufgrund der Flexibilität des Leiters während einer Relativbewegung der beiden Bauteile zueinander jeweils zumindest ein Teilabschnitt der an den beiden Bauteilen anliegenden Kontaktbereiche des flexiblen Leiters an dem jeweiligen Bauteil definiert – und bei Bedarf großflächig – zur Anlage gebracht werden kann, ohne sich relativ zu diesem zu bewegen, was eine sichere, zuverlässige Kontaktierung ermöglicht.
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Eine elektrische bzw. optische Kontaktierung des flexiblen Leiters mit den zueinander bewegbaren und über den flexiblen Leiter elektrisch bzw. optisch zu verbindenden Bauteilen erfolgt dabei dadurch, dass der flexible Leiter und die besagten Bauteile jeweils (zumindest teilweise, insbesondere in den während einer Bewegung der beiden Bauteile zueinander miteinander in Kontakt tretenden Bereichen) aus einem elektrisch und/oder optisch leitfähigen Material bestehen.
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Dies lässt sich beispielsweise dadurch erreichen, dass der flexible Leiter zwischen den beiden Bauteilen verspannt wird, insbesondere bei einer elastischen Ausführung des flexiblen Leiters (z. B. durch Verwendung eines geeigneten Materials). Zur Erzeugung einer bestimmten Elastizität des flexiblen Leiters können gegebenenfalls Federelemente hierin integriert sein. Alternativ oder ergänzend lassen sich außerdem zusätzliche Führungsmittel, z. B. Führungsrollen, nutzen, um den flexiblen Leiter jeweils mit einem Teilabschnitt seines Kontaktbereiches so gegen jedes der beiden zu verbindenden Bauteile zu drücken, dass bei einer Relativbewegung der beiden Bauteile der besagte Teilabschnitt eines jeden Kontaktbereiches an dem zugeordneten Bauteil anliegt, ohne sich relativ dazu zu bewegen.
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Die Anlage des jeweiligen Kontaktbereiches eines flexiblen Leiters am zugeordneten Bauteil wird dabei regelmäßig flächig sein, da – selbst bei einem im Querschnitt kreisförmigen Leiter – eine im strengen Sinne linienhafte Anlage in realen Systemen nicht auftritt.
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Sowohl bei der Ausgestaltung eines jeweiligen flexiblen Leiters als auch bei der Art der (elektrischen) Kontaktierung des Leiter mit den zueinander bewegbaren Bauteilen ist zu berücksichtigen, dass mit einer wachsenden Anzahl (lenkradseitiger) elektrischer Verbraucher entsprechend größere Ströme zwischen den beiden Bauteilen zu übertragen sind.
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Gemäß einer Ausführungsform der Verbindungsvorrichtung wird während einer Relativbewegung der beiden Bauteile (und einer damit einhergehenden Bewegung des flexiblen Leiters) jeweils ein Endabschnitt eines jeweiligen Kontaktbereiches des flexiblen Leiters von dem zugeordneten Bauteil abgehoben und ein anderer gegenüber liegender) Endabschnitt mit dem Bauteil zur Anlage gebracht.
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Die erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung lässt sich insbesondere auf eine Rotor-Stator-Kombination anwenden, bei der die beiden Bauteile zueinander verdrehbar sind, wobei das eine Bauteil das andere Bauteil (kreis-)ringförmig umgibt und die beiden Bauteile einander zugewandte und radial voneinander beabstandete (kreis-)ringförmig umlaufende Anlageflächen für den flexiblen Leiter aufweisen.
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Bei einer fortdauernden Bewegung der beiden Bauteile zueinander kommen immer andere Bereiche des flexiblen Leiters als Kontaktbereiche mit jedem der beiden Bauteile zur Anlage. Von Bedeutung ist dabei aber, dass zumindest ein Teilabschnitt jedes Kontaktbereiches zu einem gegebenen Zeitpunkt jeweils relativ zu dem zugeordneten Bauteil ruht, da zu einem gegebenen Zeitpunkt stets nur die (augenblicklichen) Endabschnitte eines jeden Kontaktbereiches eine Reiativbewegung bezüglich des zugeordneten Bauteiles ausführen, wobei der eine Endabschnitt von dem Bauteil abgehoben und der andere Endabschnitt mit dem Bauteil zur Anlage gebracht wird.
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Um eine hinreichend nachhaltige, definierte Anlage des flexiblen Leiters über seinen jeweiligen Kontaktbereich am zugeordneten Bauteil zu gewährleisten, kann der flexible Leiter in seinem jeweiligen Kontaktbereich beispielsweise kraftschlüssig gegen das zugeordnete Bauteil gedrückt werden, etwa als Folge einer Verspannung des flexiblen Leiters zwischen den beiden Bauteilen und/oder durch gezielte Führung mittels hierfür vorgesehener Führungselemente, wie z. B. drehbar gelagerten Führungsrollen. Hierbei kann der flexible Leiter im jeweiligen Kontaktbereich insbesondere reibschlüssig am jeweils zugeordneten Bauteil anliegen.
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Weiterhin können auch magnetische Mittel dazu verwendet werden, um den flexiblen Leiter in seinem jeweiligen (temporären) Kontaktbereich (durch magnetische Kräfte) am jeweils zugeordneten Bauteil definiert zur Anlage zu bringen.
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Alternativ oder ergänzend kann im jeweiligen Kontaktbereich ein formschlüssiger Kontakt zwischen dem flexiblen Leiter und dem jeweils zugeordneten Bauteil vorgesehen sein. Für eine solche formschlüssige Kontaktierung des flexiblen Leiters in seinem jeweiligen Kontaktbereich mit dem zugeordneten Bauteil, aber auch zur Herstellung eines elektrischen bzw. optischen Kontaktes zwischen dem Bauteil und dem flexiblen Leiter, kann am flexiblen Leiter eine Mehrzahl (voneinander beabstandeter) Einzelelemente vorgesehen sein, über die der flexible Leiter in seinem jeweiligen Kontaktbereich mit dem jeweils zugeordneten Bauteil in Kontakt bringbar ist, und zwar formschlüssig und/oder elektrisch und/oder optisch.
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Zur Herstellung eines formschlüssigen Kontaktes zwischen dem flexiblen Leiter und den relativ zueinander bewegbaren Bauteilen über jene Einzelelemente können letzteren an jenen Bauteilen jeweils entsprechende Formschlusselemente zugeordnet sein, etwa in der Weise, dass Vorsprünge und Öffnungen oder Zähne und Zahnlücken zur Herstellung einer (temporären) formschlüssigen Verbindung zusammenwirken.
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An den beiden zueinander bewegbaren Bauteilen kann auch jeweils ein Führungskanal ausgebildet sein, in welchem der flexible Leiter jeweils mit einem Kontaktbereich (formschlüssig) aufnehmbar ist.
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Ein ringförmig umlaufender flexibler Leiter kann dabei beispielsweise nach Art eines Flachbandleiters als ein (umlaufendes) Endlosband ausgeführt sein oder auch als ein Leiter mit im Wesentlichen kreisförmigem Querschnitt.
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Zur elektrischen und/optischen Anbindung des einen Bauteiles an das andere der beiden zueinander bewegbaren Bauteile können mehrere flexible Leiter dienen, die beispielsweise in Richtung der Relativbewegung der beiden Bauteile hintereinander aber auch senkrecht zu dieser Richtung nebeneinander angeordnet werden können.
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Als Material für den flexiblen Leiter eignen sich grundsätzlich elektrische bzw. optische Leiter mit einer hinreichenden Flexibilität zur Herstellung einer elektrischen/optischen Verbindung zwischen zwei zueinander bewegbaren Bauteilen, beispielsweise eine Metalllegierung, insbesondere eine Kupferlegierung.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden bei der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren deutlich werden.
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Es zeigen:
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1 eine perspektivisch/schematische Darstellung einer Verbindungsvorrichtung mit zwei flexiblen Leitern zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen zwei zueinander verdrehbaren Bauteilen in Form eines Rotors und eines Stators;
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2 eine Abwandlung der Anordnung aus 1 hinsichtlich der Ausgestaltung der flexiblen Leiter;
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3 eine Abwandlung der Anordnung aus 1 hinsichtlich der Ausgestaltung sowohl der flexiblen Leiter als auch der hiermit in Kontakt bringbaren Flächen der elektrisch miteinander zu verbindenden Bauteile;
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4A eine Weiterbildung der Anordnung aus 3;
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4B ein Detail der Anordnung aus 4A in vergrößerter Darstellung;
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5A eine Abwandlung der Anordnung aus den 4A und 4B hinsichtlich der Ausgestaltung der flexiblen Leiter;
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5B ein Detail der Anordnung aus 4A in vergrößerter Darstellung;
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6A eine Abwandlung der Anordnung aus 5A hinsichtlich der Ausgestaltung der flexiblen Leiter;
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6B ein Detail der Anordnung aus 6A in vergrößerter Darstellung;
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6C ein Detail einer Anordnung gemäß 6A mit einem abgewandelt ausgestalteten flexiblen Leiter;
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7A eine weitere Abwandlung der Anordnung aus 6A;
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7B ein Detail der Anordnung aus 7A in vergrößerter Darstellung;
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8 eine Abwandlung der bisher dargestellten Verbindungsvorrichtungen hinsichtlich der Ausgestaltung der mit den flexiblen Leitern in Kontakt zu bringenden Oberflächen der beiden miteinander zu verbindenden Bauteile;
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9 eine Abwandlung der Anordnung aus 8;
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10A eine Abwandlung der Anordnungen aus den 8 und 9;
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10B einen Ausschnitt der Anordnung aus 10A in vergrößerter Darstellung;
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11A eine Abwandlung der Anordnungen aus den 1 bis 10B mit zusätzlichen Führungselementen zur Führung der flexiblen Leiter;
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11B eine Explosionsdarstellung der Anordnung aus 11A;
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11C eine geschnittene Ansicht der Anordnung aus 11A;
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11D ein Detail der Anordnung aus 11A;
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11E eine Abwandlung des Details aus 11D;
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12 ein Kraftfahrzeuglenkrad mit einer Verbindungsvorrichtung auf der Grundlage einer der 1 bis 11C.
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1 zeigt eine Verbindungsvorrichtung zur Herstellung einer elektrischen und/oder optischen Verbindung zwischen zwei zueinander bewegbaren, vorliegend relativ zueinander verdrehbaren, Komponenten eines Kraftfahrzeugs, insbesondere zwischen einem Lenkrad und einer karosseriefesten Baugruppe eines Kraftfahrzeugs.
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Die beiden miteinander zu verbindenden Bauteile 1, 2 sind vorliegend jeweils als ringförmig, genauer kreisringförmig, umlaufende Bauteile ausgestaltet, die konzentrisch zueinander angeordnet sind und einander zugewandte Oberflächen aufweisen, über die eine (elektrische und/oder optische) Verbindung zwischen den beiden Bauteilen 1, 2 mittels mindestens eines flexiblen Leiters, vorliegend mittels zweier flexibler Leiter 3, 4, herstellbar.
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Vorliegend wird das in radialer Richtung äußere Bauteil 1 beispielhaft als ein gemeinsam mit einem Fahrzeuglenkrad zu drehendes Bauteil (in Form eines Rotors) angesehen, während das innere Bauteil 2 ein Bestandteil einer karosseriefesten Baugruppe ist, also einen Stator bildet. Selbstverständlich kann auch umgekehrt das äußere Bauteil 1 ein karosseriefestes Bauteil bilden, zum Beispiel als Bestandteil einer fahrzeugfesten Lenksäule (Lenkwellenverkleidung) einer Lenkeinrichtung, während das in radialer Richtung innere Bauteil 2 drehbar gelagert ist, zum Beispiel als Bestandteil einer Lenkwelle der Lenkeinrichtung, die innerhalb der vorstehend genannten Lenksäule um ihre Längsachse drehbar gelagert ist.
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Nachfolgend sei weiterhin beispielhaft davon ausgegangen, dass die beiden Bauteile 1, 2 elektrisch miteinander verbunden werden sollen, so dass zwischen den beiden Bauteilen 1, 2 elektrische Energie und/oder elektrische Signale übertragen werden können. Dies kann beispielsweise dem Zweck dienen, an einem Kraftfahrzeuglenkrad angeordnete elektrische Funktionskomponenten mit elektrischer Energie und/oder (durch Signalübertragung) mit Informationen zu versorgen. Hierzu bestehen die flexiblen Leiter 3, 4, und die besagten Bauteile 1, 2 jeweils (zumindest teilweise, insbesondere in den während einer Bewegung der beiden Bauteile 1, 2 zueinander miteinander in Kontakt tretenden Bereichen der flexiblen Leiter 3, 4 einerseits und jener Bauteile 1, 2 andererseits) aus einem elektrisch (alternativ oder ergänzend optisch) leitfähigen Material. Hier wird dabei der Einfachheit halber beispielhaft von vollständig aus einem elektrisch (bzw. optisch) leitfähigen Material bestehenden Leitern 3, 4 ausgegangen.
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Wie anhand 1 deutlich wird, sind die beiden Bauteile 1, 2 in Form eines Rotors 1 und eines Stators 2 konzentrisch zueinander angeordnet, so dass die beiden Bauteile 1, 2 um eine gemeinsame Achse relativ zueinander verdrehbar sind. Konkret kann im Ausführungsbeispiel das äußere Bauteil 1 (Rotor) entlang einer Drehrichtung D bezüglich des inneren Bauteils 2 (Stator) verdreht werden, was eine Betätigung eines mit dem Rotor 1 gekoppelten Lenkrades widerspiegelt.
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Dabei umfassen sowohl das äußere, im Ausführungsbeispiel entlang einer Drehrichtung D verdrehbare Bauteil 1 als auch das innere, im Ausführungsbeispiel karosseriefeste Bauteil 2 jeweils zwei in axialer Richtung nebeneinander angeordneten Ringabschnitte 11, 12 bzw. 21, 22, welche durch eine (isolierende) Zwischenschicht 15 bzw. 25 voneinander separiert werden. Die jeweilige Zwischenschicht 15, 25 liegt hierzu in axialer Richtung jeweils zwischen den beiden Ringabschnitten 11, 12 bzw. 21, 22.
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Die Bauteile 1, 2 bestehen, insbesondere an ihren Ringabschnitten 11, 12 bzw. 21, 22, zumindest abschnittsweise aus einem elektrisch leitfähigen Material (z. B. durch Verwendung aus Metall, z. B. Kupfer, bestehender Bänder für die Ringabschnitte 11, 12; 21, 22), so dass über die beiden Bauteile 1, 2 unter Verwendung mindestens eines zwischen den beiden Bauteilen 1, 2 angeordneten flexiblen Leiters 3, 4 elektrische Energie und/oder elektrische Signale zwischen einer karosseriefesten Baugruppe eines Kraftfahrzeugs, wie zum Beispiel dem elektrischen Bordnetz oder einem Steuergerät, und lenkradseitigen Funktionskomponenten, wie zum Beispiel einem elektrisch auslösbaren Airbagmodul und/oder lenkradseitigen Schaltern, übertragen werden können. Im Ausführungsbeispiel der 2 sind hierfür zwei flexible Leiter 3, 4 vorgesehen, die zueinander sowohl in axialer Richtung a als auch in Umfangsrichtung U der beiden Bauteile 1, 2 versetzt angeordnet sind.
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Von den beiden flexiblen Leitern 3, 4 dient der eine flexible Leiter 3 zur elektrischen Verbindung der ersten Ringabschnitte 11, 21 der beiden Bauteile 1, 2 und der zweite flexible Leiter 4 zur elektrischen Verbindung der beiden axial neben den ersten Ringabschnitten 11, 21 angeordneten zweiten Ringabschnitte 12, 22 jener Bauteile 1, 2.
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Der jeweilige flexible Leiter 3, 4 ist vorliegend als ein geschlossenes längserstrecktes Element, und zwar im Ausführungsbeispiel konkret als jeweils ein ringförmig geschlossenes Band („Endlosband”), ausgeführt und ist derart radial zwischen den beiden miteinander zu verbindenden Bauteilen 1, 2 angeordnet, dass er zwischen diesen verspannt ist. Als Material für die flexiblen Leiter 3, 4 eignen sich dabei elektrisch leitfähige Materialien von hinreichender Elastizität, um die angegebene Verspannung der beiden flexiblen Leiter 3, 4 zwischen den zu verbindenden Bauteilen 1, 2 zu ermöglichen, also beispielsweise Metalllegierungen, insbesondere in Form einer Kupferlegierung.
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Vorliegend liegt jeder der beiden flexiblen Leiter 3, 4 mit jeweils einem Kontaktbereich 31 bzw. 32 sowie 41 bzw. 42 an jedem der beiden Bauteile 1, 2 flächig an, und zwar jeweils über einen ersten Kontaktbereich 31, 41 am ersten, äußeren Bauteil 1 und über einen weiteren Kontaktbereich 32, 42 am zweiten, inneren Bauteil 2. Die Größe der Kontaktbereiche 31, 32, 41 und 42 hängt dabei von der Stärke der Verspannung der flexiblen Leiter 3, 4 zwischen den Bauteilen 1, 2 und damit vom Grad ihrer elastischen Deformation ab.
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Die Kontaktbereiche 31, 32 des ersten flexiblen Leiters 3 befinden sich dabei jeweils in Anlage mit jeweils dem ersten Ringabschnitt 11, 21 des jeweiligen Bauteiles 1, 2; und die Kontaktbereiche 41, 42 des zweiten flexiblen Leiters 4 befinden sich jeweils in Anlage mit den axial dahinter angeordneten zweiten Ringabschnitten 12, 22 der Bauteile 1, 2.
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Die Kontaktbereiche 31, 32; 41, 42 der flexiblen Leiter 3, 4 liegen mit einem mittleren Teilabschnitt 310, 320 bzw. 410, 420 jeweils derart an dem zugeordneten Bauteil 1, 2 bzw. genauer dem jeweils zugeordneten Ringabschnitt 11, 21 bzw. 12, 22 an, dass die Kontaktbereiche 31, 32; 41, 42 in ihren mittleren Teilabschnitten 310, 320; 410, 420 jeweils die (kreisringförmige) Krümmung der als Anlageflächen dienenden Oberflächen der Bauteile 1, 2 nachvollziehen.
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Aufgrund der elastischen Verspannung der flexiblen Leiter 3, 4 zwischen den beiden zueinander verdrehbaren und miteinander zu verbindenden Bauteilen 1, 2 liegen jene flexiblen Leiter 3, 4 mit ihren Kontaktbereichen 31, 32 bzw. 41, 42 jeweils kraft- bzw. reibschlüssig an den Bauteilen 1, 2 bzw. deren Ringabschnitten 11, 12; 21, 22 an. Zusätzlich besteht ein formschlüssiger Kontakt zwischen den Bauteilen 1, 2 und den flexiblen Leitern 3, 4 über ineinander greifende Formschlussmittel 13, 23, 33 sowie 14, 24, 44. Diese werden gebildet durch von den Bauteilen 1, 2 bzw. deren Ringabschnitten 11, 12; 21, 22 abstehende Formschlusselemente 13, 14; 23, 24 in Form von Vorsprüngen, die in zugeordnete Einzelelemente 33, 44 der flexiblen Leiter 3, 4, hier in Form von Öffnungen, eingreifen. Dadurch ist eine hinreichend definierte Anlage und Kontaktierung der Kontaktbereiche 31, 32; 41, 42, zumindest in ihren jeweiligen mittleren Teilabschnitten 310, 320; 410, 420, an den beiden Bauteilen 1, 2, genauer deren Ringabschnitten 11, 12; 21, 22 gewährleistet, so dass bei einer Relativbewegung der beiden Bauteile 1, 2, insbesondere einer Drehbewegung D des äußeren Bauteils 1 bezüglich des inneren Bauteils 2, die Kontaktbereiche 31, 32; 41, 42 der beiden flexiblen Leiter 3, 4 zumindest mit ihren mittleren Teilabschnitten 310, 320 bzw. 410, 420 (im Unterschied zu Schleifkontakten) keine Relativbewegung bezüglich des jeweils zugeordneten Bauteiles 1, 2 bzw. des entsprechenden Ringabschnittes 11, 12; 21, 22 des jeweiligen Bauteiles 1, 2 ausführen.
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Durch den beschriebenen zu einem gegebenen Zeitpunkt jeweils permanenten (nichtgleitenden) und flächigen Kontakt der flexiblen Leiter 3, 4 über die mittleren Teilabschnitte ihrer Kontaktbereiche 31, 32 bzw. 41, 42 mit den beiden Bauteilen 1, 2 wird eine zuverlässige Übertragung elektrischer Energie und/oder elektrischer Signale ermöglicht.
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Betrachtet man konkret eine Relativbewegung der beiden Bauteile 1, 2 – im vorliegenden Ausführungsbeispiel in Form einer Drehbewegung D des ersten, äußeren Bauteiles 1 bezüglich des zweiten, inneren Bauteiles 2 –, so wird zu jedem Zeitpunkt der Drehbewegung D – je nach Drehrichtung – jeweils ein Endabschnitt 311, 321, 411, 421 des jeweiligen Kontaktbereiches 31, 32; 41, 42 der flexiblen Leiter 3, 4 von dem zugeordneten Bauteil 1, 2 abgehoben, während ein anderer Endabschnitt 312, 322; 412, 422 des jeweiligen Kontaktbereiches mit dem jeweils zugeordneten Bauteil 1, 2 in Anlage gerät. Somit bilden mit fortschreitender Dauer einer Drehbewegung immer neue Bereiche des jeweiligen flexiblen Leiters 3, 4 die Kontaktbereiche 31, 32; 41, 42, über die der jeweilige flexible Leiter 3, 4 an den beiden Bauteilen 1, 2 anliegt. Dabei weist jedoch der jeweilige Kontaktbereich 31, 32; 41, 42 zu jedem Zeitpunkt einer Drehbewegung D jeweils einen (mittleren) Teilabschnitt 310, 320; 410, 420 auf, der aktuell nicht relativ zu dem jeweils zugeordneten Bauteil bewegt wird, so dass eine zuverlässige, sichere elektrische Verbindung zwischen den beiden Bauteilen besteht.
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Nachfolgend werden anhand der 2 bis 10b weitere Ausführungsbeispiele einer Verbindungsvorrichtung zwischen zwei Bauteilen 1, 2 unter Verwendung mindestens eines flexiblen Leiters beschrieben werden. Hinsichtlich der Anlage des jeweiligen flexiblen Leiters 3, 4, an jedem der Bauteile 1, 2 über einen Kontaktbereich 31, 32 bzw. 41, 42, der bei einer Bewegung der beiden Bauteile 1, 2 zueinander in einem Teilabschnitt keine Relativbewegung bezüglich des jeweils zugeordneten Bauteiles 1, 2 ausführt, stimmen diese Ausführungsbeispiele mit der in 1 gezeigten Anordnung überein. Hierauf wird daher bei der nachfolgenden Beschreibung der weiteren Ausführungsbeispiele nicht mehr eingegangen werden. Es wird diesbezüglich vielmehr auf die obige Beschreibung des ersten Ausführungsbeispieles einer Verbindungsvorrichtung anhand 1 Bezug genommen werden. Die nachfolgenden Erörterungen weiterer Ausführungsbeispiele beschränken sich somit auf die Darlegung der Unterschiede der jeweiligen Struktur einer Verbindungsvorrichtung verglichen mit der Anordnung aus 1.
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Bei der in 2 gezeigten Verbindungsvorrichtung besteht der jeweilige der beiden in Umfangsrichtung U der Bauteile 1, 2 zueinander versetzt und hintereinander angeordneten flexiblen Leiter 3, 4 nicht aus einem umlaufenden Flachband („Endlosband”) sondern ist vielmehr als ringförmiges Formstück, z. B. aus Metallwatte (bevorzugt Kupfer-Wolle), ausgebildet.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der 3 stehen von den flexiblen Leitern 3, 4 jeweils Eingriffselemente 36, 47, im Ausführungsbeispiel in Form einer Vielzahl in Erstreckungsrichtung der flexiblen Leiter 3, 4 hintereinander angeordneter Einzelelemente, wahlweise jedoch auch in Form eines ununterbrochen umlaufenden Vorsprunges, ab. Diesen ist an den beiden zueinander verdrehbaren Bauteilen 1, 2 bzw. genauer am jeweils zugeordneten ersten Ringabschnitt 11, 21 (im Fall des ersten flexiblen Leiters 3) und am zweiten Ringabschnitt 12, 22 (im Fall des zweiten flexiblen Leiters 4) jeweils ein ringförmig umlaufender Führungskanal 16, 26 bzw. 17, 27 zugeordnet, in den die Eingriffselemente 36, 47 der beiden flexiblen Leiter 3, 4 jeweils form- und kraftschlüssig eingreifen. Die Eingriffselemente 36, 47 der beiden flexiblen Leiter 3, 4 sind dabei – ebenso wie die Ringabschnitte 11, 12 bzw. 21, 22 der beiden Bauteile 1, 2 mit ihren Führungskanälen 16, 17 bzw. 26, 27 – in axialer Richtung zueinander versetzt angeordnet.
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Die Eingriffselemente 36, 47 können dabei gleichzeitig als Kontaktelemente dienen, über die die flexiblen Leiter 3, 4 jeweils einen elektrischen Kontakt mit den beiden zueinander verdrehbaren Bauteilen 1, 2 bzw. deren Kontaktflächen (im jeweiligen Führungskanal 16, 17; 26, 27) herstellen.
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Beim Ausführungsbeispiel der 4A und 4B ist – verglichen mit dem Ausführungsbeispiel der 3 – zusätzlich zu den beiden in Umfangsrichtung U hintereinander angeordneten flexiblen Leitern 3, 4 in Form ringförmig geschlossener Leiter noch ein weiterer (konventioneller) Verbindungsleiter L angeordnet, der an jedem der beiden zueinander bewegbaren Bauteile 1, 2 jeweils mit einem seiner beiden freien Enden festgelegt und elektrisch kontaktiert ist. Dieser zusätzliche Verbindungsleiter L kann insbesondere zur Übertragung von Informationen (mit entsprechend geringen Strömen) bzw. zur elektrischen Kontaktierung eines am Lenkrad vorgesehenen Airbagmodules dienen, während die ringförmig geschlossenen Verbindungsleiter 3, 4 zur Übertragung größerer Ströme verwendet werden.
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Sowohl beim Ausführungsbeispiel der 3 als auch beim Ausführungsbeispiel der 4A und 4B können die Eingriffselemente 36, 47 der flexiblen Leiter 3, 4 jeweils nach einem „Reißverschlussprinzip” mit den zugeordneten Führungskanälen 16, 26; 17, 27 zusammenwirken.
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Weiterhin können die Eingriffselemente 36, 47 mit einem gewissen Übermaß bezüglich der Führungskanäle 16, 26 bzw. 17, 27 ausgebildet sein, so dass die Eingriffselemente 36, 47 in den Führungskanälen 16, 26; 17, 27 während eines jeweiligen Eingriffs klemmend gehalten werden, insbesondere um Geräuschentwicklung zu minimieren. Hierzu können an den in die Führungskanäle 16, 26; 17, 27 eingreifenden freien Enden der Eingriffselemente 36, 47 Verdickungen ausgebildet sein, z. B. durch entsprechende Ausformung der Eingriffselemente 36, 47 oder durch nachträgliches Bearbeiten, z. B. Stanzen.
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Dadurch, dass die einzelnen Eingriffselemente 36, 47 jeweils durch Lücken, beispielsweise erzeugt durch Stanzen, voneinander separiert sind, weisen sie eine hinreichende Flexibilität bzw. Elastizität auf, um jeweils – unter Erzielung einer Klemmwirkung – in die Führungskanäle 16, 26; 17, 27 hineingedrückt und wieder aus diesen herausgezogen werden zu können, wenn sich die beiden Bauteile 1, 2 zueinander bewegen (drehen).
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel der 5A und 5B dienen zur elektrischen Verbindung der beiden zueinander verdrehbaren Bauteile 1, 2 drei Paare flexibler Leiter 3, 4, die jeweils aus zwei in axialer Richtung nebeneinander angeordneten flexiblen Leitern 3, 4 bestehen und in Umfangsrichtung U der beiden Bauteile 1, 2 hintereinander und voneinander beabstandet angeordnet sind. Zusätzlich sind drei (konventionelle) Verbindungsleiter 11, 12, 13 vorgesehen, die nicht – wie die flexiblen Leiter 3, 4 der drei Leiterpaare – als ringartig geschlossene Leiter ausgebildet sind sondern vielmehr als (offene) Flachbandleiter, die sich zwischen zwei freien Enden erstrecken und die mit ihrem jeweiligen freien Ende an je einem der beiden Bauteile 1, 2 festgelegt und elektrisch kontaktiert sind.
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Die ringförmig umlaufenden flexiblen Leiter 3, 4 sind im Ausführungsbeispiel der 5A und 5B nicht als Flach- bzw. Flachbandleiter ausgeführt, sondern vielmehr als im Querschnitt im Wesentlichen kreisringförmige Leiter, die mit ihren Kontaktbereichen 31, 32; 41, 42 jeweils in einem Führungskanal 16, 17 bzw. 26, 27 der beiden Bauteile 1, 2 geführt sind, wobei die Führungskanäle 16, 17 bzw. 26, 27 eines jeweiligen Bauteiles 1, 2 jeweils an einem der beiden in axialer Richtung nebeneinander angeordneten (und über einen dazwischen liegenden Zwischenbereich 15, 25 voneinander getrennten) Ringabschnitte 11, 12 bzw. 21, 22 vorgesehen sind.
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Auch hier, ebenso wie in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen, kann – entsprechend der vorstehenden Erläuterungen zu den 3, 4A und 4B – vorgesehen sein, dass die flexiblen Leiter 3, 4 mit ihren Kontaktbereichen 31, 32; 41, 42 jeweils klemmend in die zugeordneten Führungskanäle 16, 26; 17, 27 eingreifen, indem die flexiblen Leiter 3, 4 im Querschnitt ein gewisses Übermaß bezüglich der Führungskanäle 16, 17; 26, 27 aufweisen und/oder indem der jeweilige Führungskanal 16, 17; 26, 27 einen Hinterschnitt ausbildet, vergleiche auch 11D und 11E.
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Beim Ausführungsbeispiel der 6A und 6B sind wiederum – wie im Fall der 1, 2, 3 sowie 4A und 4B – zwei sowohl in axialer Richtung als auch in Umfangsrichtung U voneinander beabstandete ringförmig umlaufende (geschlossene) flexible Leiter 3, 4 vorgesehen, hier ergänzt durch einen zusätzlichen konventionellen Verbindungsleiter L. Die beiden erstgenannten flexiblen Leiter 3, 4 sind hier im Querschnitt im Wesentlichen kreisförmig ausgeführt und zusätzlich mit einer Vielzahl voneinander beabstandeter Einzelelemente 38, 49 in Form von (kugelartigen) Verdickungen versehen, über die die flexiblen Leiter 3, 4 in die zugeordneten Führungskanäle 16, 17; 26, 27 der beiden Bauteile 1, 2 eingreifen, wobei an den Bauteilen 1, 2, genauer an deren Führungskanälen 16, 17; 26, 27, zusätzlich Formschlusselemente 18, 19 in Form von Öffnungen vorgesehen sind, mit denen die leiterseitigen Einzelelemente 38, 49 in Form von Verdickungen jeweils formschlüssig in Eingriff bringbar sind. Hierüber kann auch die elektrische Kontaktierung zwischen den Bauteilen 1, 2 und den flexiblen Leitern 3, 4 hergestellt sein. Die Einzelelemente 38, 49 in Form von Verdickungen können dabei an den flexiblen Leitern 3, 4 einstückig ausgeformt oder als separate Elemente aufgebracht sind.
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Im Ausführungsbeispiel der 6C sind die Einzelelemente 38', hier beispielhaft gezeigt für einen flexiblen Leiter 3, zylinderförmig ausgeführt.
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Die 7A und 7B zeigen eine Abwandlung der Anordnung aus den 6A und 6B mit scheibenartigen Einzelelementes 38'', 49'' an den flexiblen Leitern 3, 4.
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In den 8A und 8B ist ein Ausführungsbeispiel einer Verbindungsvorrichtung gezeigt, bei dem – zumindest am ersten Ringabschnitt 11 des ersten, äußeren Bauteiles 1 – Formschlusselemente 16a in Form von Verzahnungsbereichen vorgesehen sind, in die ein zugeordneter flexibler Leiter 3 mit zugeordneten Einzelelementen 36 in Form von vorspringenden Eingriffselementen eingreifen kann. Die Verzahnungsbereiche 16a, die im Ausführungsbeispiel konkret in eine Wandung eines Führungskanales 16 des äußeren Bauteiles 1 integriert sind, können an jenem Bauteil 1 einstückig ausgebildet sein, z. B. durch einstückiges Anformen oder durch Prägen.
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9 zeigt eine Abwandlung der Anordnung aus den 8A und 8B hinsichtlich der geometrischen Anordnung der Verzahnungsbereiche 16a.
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Die 10A und 10B beziehen sich auf eine Abwandlung der Verbindungsvorrichtungen aus den 4A, 4B; 6A, 6B; 6C und 7A, 7B, wobei hier als Einzelelemente 38'', 49'' des jeweiligen flexiblen Leiters 3, 4, die mit zugeordneten Formschlusselementen 18, 29 in Form von Öffnungen der zueinander verdrehbaren Bauteile 1, 2 in Eingriff bringbar sind, Noppen dienen, die von dem jeweiligen flexiblen Leiter 3, 4 abstehen.
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In den 11A, 11B und 11C ist eine Variante einer Verbindungsvorrichtung dargestellt, bei der den beidseits eines Trägers T vorgesehenen Ringabschnitten 11, 12; 21, 22 der beiden Bauteile 1, 2 jeweils zwei auf von dem Träger T abstehenden Lagerachsen A1, A2 gelagerte Führungselemente F1, F3; F2, F4 in Form drehbar gelagerter Führungsrollen zugeordnet sind, um die flexiblen Leiter 3, 4 zu führen und mit ihren Kontaktbereichen 31, 32; 41, 42 in die Führungskanäle 16, 26; 17, 27 zu drücken.
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Aus der Detaildarstellung der 11D geht dabei – beispielhaft gezeigt für einen Kontaktbereich 31 des ersten flexiblen Leiters 3 in einem Führungskanal 16 des ersten Ringabschnittes 11 des äußeren Bauteiles 1 – hervor, dass die flexiblen Leiter 3, 4 in den Ringabschnitten 11, 12; 21, 22 – genauer den dortigen Führungskanälen 16, 17; 26, 27 – jeweils von einem Hinterschnitt umgriffen werden, der durch einen im Vergleich zum Querschnitt des jeweiligen Führungskanals (z. B. 16) querschnittsmäßig reduzierten Einführbereich (z. B. 160) gebildet ist. Hierdurch wird der jeweils im Kontakt mit einem der Bauteile 1, 2 stehende Eingriffsbereich 31, 32; 41, 42 der flexiblen Leiter 3, 4 am jeweiligen Bauteil 1, 2, vorliegend genauer in einem jeweiligen dortigen Führungskanal 16, 17; 26, 27, gehalten und – je nach konkreter Ausgestaltung des entsprechenden Führungskanals – dabei geklemmt.
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Eine entsprechende Halte- und/oder Klemmwirkung kann auch bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen einer Verbindungsvorrichtung jeweils vorgesehen sein; im Fall der 1 und 2 auch in der Weise, dass die Vorsprünge 13, 14; 23, 24 jeweils mit einem gewissen Übermaß bezüglich der zugeordneten Öffnungen 33, 44 ausgebildet sind, um eine Klemmwirkung zu erzielen.
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11E zeigt eine Abwandlung des Details aus 11D, wobei hier der flexible Leiter 3 ein gewisses Übermaß bezüglich des Querschnitts des Führungskanals 16 aufweist, so dass – zusätzlich zu der Haltewirkung aufgrund des im Querschnitt verringerten Einführbereiches 160 – eine Klemmwirkung zwischen flexiblem Leiter 3 und zugeordnetem Bauteil 1 in dessen Führungskanal 16 erzielt wird. Die Maßnahmen (formschlüssige) Haltewirkung (durch Hinterschnitt) und Klemmwirkung sind also unabhängig voneinander realisierbar.
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Mit der Klemmwirkung soll insbesondere eine Relativbewegung zwischen dem mittleren Teilabschnitt 310, 320; 410, 420 im Kontaktbereich 31, 32; 41, 42 des jeweiligen flexiblen Leiters 3, 4 und dem zugeordneten Bauteil 1, 2, nämlich vor allem Vibrationsbewegungen des besagten Teilabschnittes 310, 320; 410, 420 bezüglich des jeweiligen Bauteiles 1, 2, weiter unterdrückt werden, um mögliche Geräuschentwicklungen sowie Kontaktprobleme zu minimieren. Während einer Bewegung der beiden Bauteile 1, 2 ist dabei die Klemmwirkung jeweils lokal – an den entsprechenden Endabschnitten 311, 321, 411, 421 eines jeweiligen Kontaktbereiches 31, 32; 41, 42 der flexiblen Leiter 3, 4 – aufhebbar, und zwar durch an den Kontaktbereichen 31, 32; 41, 42 der flexiblen Leiter 3, 4 während einer Relativbewegung der beiden Bauteile 1, 2 wirkende Zugkräfte, um die besagten Endabschnitte 311, 321, 411, 421 vom jeweiligen Bauteil 1, 2 abheben zu können.
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12 zeigt in schematischer Darstellung die Anwendung einer erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung, z. B. nach einer der 1 bis 11, in einem Kraftfahrzeuglenkrad L, welches einen über mehrere Lenkradspeichen LS mit einer Lenkradbasis bzw. einer Lenkradnabe LB verbundenen Lenkradkranz LK aufweist. Der Lenkradkranz LK dient zum Ergreifen und Betätigen des Lenkrades durch eine Bedienperson (Fahrer); und die Lenkradbasis LB zur Anbindung des Lenkrades an eine Lenkwelle LW, welche bei einer Betätigung des Lenkrades L gedreht wird und die Lenkbewegung in Richtung auf die Räder eines Kraftfahrzeugs überträgt. Die Lenkwelle LW ist in üblicher Weise in einer Lenksäule (mit Lenkwellenverkleidung LV) gelagert.
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Am Lenkrad L sind unterschiedliche Funktionskomponenten A, B, M, UL angeordnet, die im Betrieb mit elektrischen Signalen und/oder elektrischer Energie zu versorgen sind, wie z. B. eine elektrische Anzeigevorrichtung A (Display), ein (aus elektrischen Schaltern und/oder Tastern gebildetes) Bedienfeld B; ein Airbagmodul M sowie eine sogenannte Überlagerungslenkung UL, mit welcher die Lenkwelle LW unabhängig von einer Betätigung des Lenkrades L drehbar ist, vergleiche
WO 2007/00 942 20 A1 sowie
DE 101 60 313 A1 . Die Überlagerungslenkung UL umfasst hierzu einen Überlagerungsantrieb UA, insbesondere in Form eines Antriebsmotors (Elektromotors), der abtriebsseitig ein erstes Getriebeelement G1, hier in Form einer Schnecke, antreibt, welches wiederum mit einem an der Lenkwelle LW angeordneten zweiten Getriebeelement G2, hier in Form eines Schneckenrades, zusammenwirkt, so dass im Betrieb des Überlagerungsmotors UA ein Antriebsmoment auf die Lenkwelle LW übertragen wird. Hierdurch ist mittels des Überlagerungsantriebs UL ein (vom Überlagerungsantrieb UA erzeugtes) Moment in die Lenkwelle LW einleitbar, um diese um einen bestimmten Überlagerungswinkel zu drehen, und zwar zusätzlich zu und unabhängig von einem durch fahrerseitige Betätigung des Lenkradkranzes LK erzeugten Lenkwinkel.
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Um die besagten Funktionskomponenten A, B, M, UL mit elektrischen Signalen und/oder elektrischer Energie versorgen zu können, ist eine Verbindungsvorrichtung vorgesehen, die insbesondere zwei zueinander verdrehbare Bauteile 1, 2 umfasst, von denen das eine (äußere) Bauteil 1 über einen ersten Verbindungsbereich V1 drehfest am Lenkrad L, genauer an der Lenkradbasis LB, angeordnet ist und von denen das andere (innere) Bauteil 2 über einen zweiten Verbindungsbereich V2 drehfest an der stationären (nicht drehbaren) Lenkwellenverkleidung LV fixiert ist. Das erste Bauteil 1, welches gemeinsam mit dem Lenkrad L drehbar ist, bildet hier also einen Rotor, während das ortsfest an der Lenkwellenverkleidung LV angeordnete zweite Bauteil 2 einen sogenannten Stator bildet.
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Der Stator 2, genauer dessen Ringabschnitte 21, 22, sind über fahrzeugseitige Zuleitungen FZ mit dem elektrischen Netz (Bordnetz) eines Kraftfahrzeugs verbunden, während das erste Bauteil 1, genauer dessen Ringabschnitte 11, 12, über lenkradseitige Zuleitungen LZ mit den vorbeschriebenen elektrischen Komponenten A, B, M, UL in elektrischer Verbindung steht. Um somit elektrische Signale und/oder elektrische Energie vom Bordnetz eines Kraftfahrzeugs zu den lenkradseitigen Funktionskomponenten A, B, M, UL übertragen zu können, ist es erforderlich, die beiden Bauteile 1, 2 elektrisch miteinander zu verbinden. Und genau dies geschieht vorliegend mit (ringförmig) geschlossenen flexiblen Leitern 3, 4 der vorstehend anhand der 1 bis 11 beschriebenen Art.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1800956 A1 [0003]
- DE 19533439 C1 [0003]
- WO 2007/0094220 A1 [0085]
- DE 10160313 A1 [0085]
