DE29518443U1 - Einrichtung zur leitungsgebundenen, uni- oder bidirektionalen Übertragung von elektrischen Signalen zu einem Lenkrad eines Fahrzeuges - Google Patents

Einrichtung zur leitungsgebundenen, uni- oder bidirektionalen Übertragung von elektrischen Signalen zu einem Lenkrad eines Fahrzeuges

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Description

pötto "Patentanwälte
Dipl.Phys. Ulrich Twelmeier Dr. techn. Wa Idem ar Leitner Dr. phil. nat Rudolf Bauer-1990 Dipl. Ing. Helmut Hubbuch -1991 European Patent Attorneys
Ha95S55/Dr. L/Ha/22.11.1995
DODUCO GmbH + Co, Im Altgefäll 12, 75181 Pforzheim
Einrichtung zur leitungsgebundenen, uni- oder bidirektionalen Übertragung von elektrischen Signalen zu einem Lenkrad eines Fahrzeuges
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur !eitungsgebundenen, uni- oder bidirektionalen Übertragung von elektrischen Signalen, insbesondere von Schwachstromsignalen oder elektrischer Energie, zwischen einem primärseitigen Modul und einem in einem Lenkrad eines Fahrzeuges integrierten sekundärseitigen Modul über eine Zweidrahtleitung, welche über einen Transfcrmatorkern transformatorisch miteinander koppelbar sind.
Hierzu ist es bekannt, daß die Signalübertragung galvanisch über einen ais Wikkelfeder bezeichneten Bandleiter, dre in mehreren Windungen um die Lenksäule gelegt wird, erfolgt. Problematisch ist hierbei die Montage des Lenkrads auf der
Westliche Karl-Friedrich-Straße 29-31 DJ5il72?hüzheM ·','.· '. . :. PoStbankKarlsruhe 168'52-750(BLZ66010075} Telefon{07231}39840 Telefax (O 72 3 U^p 3,^4,,' .·. :,.: "·' **·* 'Sßtirkasse Pforzheim 803812 (BLZ 666 500 85}
VAT Registration No. DE 144180005
· &idigr;
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mit der Wickelfeder ausgerüsteten Lenksäule, da hierbei in nachteiliger Art und Weise enge Montagetoleranzen eingehalten werden müssen.
Aus der DE-A1 43 22 811 ist eine Einrichtung zur Übertragung von elektrischen Signalen zwischen dem primärseitigen Modul und einem sekundärseitigen Modul über eine Zweidrahtleitung bekann, bei der vorgesehen ist, daß für eine Trennbarkeit des primärseitigen und des sekundärseitigen Moduls der Einrichtung die primärseitige Zweidrahtleitung ohne sekundärseitige Zweidrahtleitung durch ein primärseitiges bzw. ein sekundärseitiges Wicklungselement abgeschlossen sind, welche über einen Transformatorkern transformatorisch miteinander koppelbar sind. Diese Einrichtung wird zum Beispiel dazu eingesetzt, um Steuersignale für elektrische Verbraucher und NF-Signale für Lautsprecher, die in einer Fahrzeugtür angeordnet sind, von einem außerhalb der Tür vorgesehenen Steuergerät über eine gemeinsame Datenleitung und den Steckverbinder an ein Türmodul zu übertragen. Hierbei ist vorgesehen, daß das die Tür mit dem Rahmen des Kraftfahrzeuge verbindende Drehgelenk als Transformator ausgebildet ist, dessen Primärwicklung Bestandteil der einen Gelenkhälfte und dessen Sekundärwicklung Bestandteil der anderen Geienkhälfte ist.
Eine derartige Konstruktion - Übertragung der Signale über ein als Transformator ausgebildetes Drehgelenk einse Türscharniers ist aber dann nicht anwendbar, wenn elektrische Signale von einem ortsfesten Bauteil zu einem um eine Achse drehbares Bauteil übertragen werden soll, wie es zum Beispiel dann der Fall ist, wenn elektrische Signale von einer in der Fahrzeugkarosserie angeordneten Modul zu dem Lenkrad des Fahrzeuges übertragen werden soll. Als Beispiele für eine derartige Konstellation soll an dieser Steile die Übertragung von Leistungs- und/oder Steuersignalen zu einem im Lenkrad integrierten Airbag angeführt werden. Außerdem ist hierbei problematisch, daß bei der bekannten Einrichtung Streufelder auftreten können, die einen negativen Einfluß auf die im Lenkrad integrierten Module ausüben und ggf. zu einer Auslösung des im Lenkrad integrierten Airbags führen können.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß sie auch zur Übertragung von elektrischen Signalen zu in einem Lenkrad eines Fahrzeuges aufgenommenen Modulen einsetzbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind den beiden Ausführungsbeispielen zu entnehmen, die im folgenden anhand der Figuren beschrieben werden. Es zeigen:
Figur 1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel der
Erfindung,
und
Figur 2 einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel der
Erfindung.
In Figur 1 ist nun schematisch der prinzipieiie Aufbau eines ersten Ausführungsbeispieles einer Einrichtung 1 dargestellt, welche sich in ein primärseitiges Modul 2 und ein sekundärseitiges Modul 3 gliedert, wobei diese Module 2, 3 durch eine nachstehend detailliert beschriebene Verbindungseinheit 10 trennbar miteinander verbindbar sind. Die Verbindungseinheit 10 erlaubt hierbei eine uni- oder bidirektionale Übertragung von elektrischen Signalen, insbesondere von
Schwachstromsignalen, zwischen den beiden Modulen 2, 3. Diese Module 2, 3 können auf unterschiedliche Art und Weise ausgebildet sein, wobei bezüglich der Ausbildung dieser Module 2, 3 exemplarisch auf die DE-OS 43 22 811 verwiesen wird, auf die zur Vermeidung von Wiederholungen explizit Bezug genommen wird und deren technische Lehre durch diese Bezugnahme in die nachfolgende Beschreibung einbezogen werden soll.
In dem hier beschriebenen Fall einer trennbaren Verbindung zwischen einem das primärseitige Modul 2 aufnehmenden Lenkeraufbaus eines nicht näher dargestellten Fahrzeuges und einem das sekundärseitige Modul 3 aufnehmenden Lenkrades ist z. B. vorgesehen, daß das primärseitige Modul 2 zum eine Steuereinheit für einen im primärseitigen Modul 3 integrierten Airbag enthält, so daß vom primärseitigen Modul 2 zum sekundärseitigen Modul 3 durch die Verbindungseinheit 10 Steuersignale übertragen werden, die im Kollisionsfall eine Auslösung des Airbags bewirken. Ebenfalls ist beispielhafterweise vorgesehen, daß über die Verbindungseinheit 10 elektrische Leistung transportierende Signale übertragen werden.
Die bereits oben mehrfach angesprochene Verbindungseinheit 10 der Einrichtung 1 weist einen primärseitigen Schalenkern 11, der eine zentrale Durchtrittsöffnung 20 für eine Lenksäule 6 des Fahrzeugs aufweist, auf. Im Schalenkern 11 ist ein primärseitiges Wicklungselement 12 angeordnet, welches mit dem primärseitigen Modul 2 über eine Zweidrahtleitung 18a, 18b verbunden ist. Der primärseitige Schalenkern 11 ist hierbei rotationssymmetrisch zu der Mittelachse A der Verbindungseinheii 10 ausgebildet und weist zwei umlaufende Wandelemente 11a, 11b auf, die sich im wesentlichen orthogonal zu einem Grundelement 11c des primärseitigen Schaienkerns 11 erstrecken. Ein durch die Wandelemente 11a, 11b und das Grundelement 11 c begrenzter Aufnahmeraum 15 dient zur Aufnahme des als Ringspule ausgebildeten primärseitigen Wicklungselement 11, welches - wie aus Figur 1 ersichtlich ist - mit dem äußeren Wandelement 11a
uncl/oder dem Grundelement 11c des primärseitigen Schalenkerns 11 verbunden ist.
Ein sekundärseitiger Teil 10b der Verbindungseinheit 10 wird durch einen sekundärseitigen Schalenkern 13 und das sekundärseitige Wicklungselement 14 ausgebildet, welches über eine weitere Zweidrahtleitung 18c, 18d mit dem sekundärseitigen Modul 3 verbunden ist. Die beiden durch einen Luftspalt 18 voneinander getrennten Wicklungselemente 12 und 14 bilden eine leicht trennbare, induktive Kopplung der beiden Module 2, 3 aus, durch die eine uni- oder bidirektionale Übertragung von elektrischen Signalen ermöglicht wird.
Der sekundärseitige Schalenkern 13 ist wiederum rotationssymmetrisch zur Mittelachse A der Verbindungseinheit 10 ausgebildet und weist zwei Wandelemente 13a und 13b auf, die sich im wesentlichen orthogonal zum Grundelement 13c des sekundärseitigen Schalenkerns erstrecken. Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, ist die Ausbildung und Anordnung der Wandelemente 13a und 13b des sekundärseitigen Schalenkerns 13 derart gewählt, daß das innere Wandelement 13b des sekundärseitigen Schalenkerns 13 in dem durch die Wandelemente 11a, 11b des primärseitigen Schalenkerns gebildeten Aufnahmeraums 15 aufnehmbar ist, während das äußere Wandelement 13a des sekundärseitigen Schalenkems 13 derart angeordnet und ausgebildet ist, daß es in radialer Richtung gesehen außerhalb des äußeren Wandelements 11 a des primärseitigen Schalenkems liegt.
Eine derartige Anordnung und Ausbildung der beiden Schalenkeme 11, 13 der Verbindungseinheit 10 besitzt den Vorteil, daß die aus dem primärseitigen Teil 10a und dem sekundärseitigen Teil 10b bestehende Verbindungseinheit 10 in besonders einfacher Art und Weise leicht trennbar ist und eine induktive Kopplung für die beiden Module 2, 3 der Einrichtung 1 ausbildet, die besonders einfach und ohne Einhaltung von engen Montagetoleranzen zu montieren ist: Nachdem zuerst der primärseitige Teil 10a der Verbindungseinheit 10 drehfest mit dem Lenksäulenaufbau verbunden und über die Zweidrahtleitungen 18a, 18b am
primärseitigen Modul 2 angeschossen wurde, und nachdem das sekundärseitige Teil 10b der Verbindungseinheit 10 drehfest mit dem Lenkrad verbunden und über die weiteren Zweidrahtleitungen 18c, 18d am sekundärseitigen Modul 3 angeschossen wurde, ist es durch ein einfaches Aufstecken des Lenkrads auf die Lenksäule 6 möglich, die induktive Kopplung zwischen den beiden Modulen 2, 3 über die konzentrisch zur Mittelachse A angeordneten, in den Schalenkernen 11, 13 aufgenommenen Wicklungselementen 12, 14 herzustellen. Die "Kapselung" der beiden Wicklungselemente 12, 14 in dem durch die Grundeiemente 11c, 13c durch die beiden Wandelemente 11a, 13b und 11b, 13b begrenzten Aufnahmeraums 15 bewirkt eine besonders gute Abschirmung der Streufelder der beiden Wicklungselemente 12,14, und somit des Streufeldes der Verbindungseinheit 10, so daß die beschriebene Verbindungseinheit 10 unkritisch in Hinsicht auf ihre EMV-Verträglichkeit ist.
Da es die beschriebene Verbindungseinheit 10 in vorteilhafter Art und Weise erlaubt, sowohl Schwachstromsignaie, insbesondere Steuerungssignale, als auch Leistungssignale parallel zu übertragen, ist in dem sekundärseitigen Modul 3 vorteilhafterweise ein Signaltrennelement 3a vorgesehen, welches das übertragene Gesamtsignal in einen Leistungsanteil L und einen Signalanteil S aufspaltet, die dann getrennt zu einer Signalverarbeitungseinheit 3a, z. B. der Steuerelektronik eines Airbags, bzw. zu einer Leistungseinheit 3b, z. B. dem Energieteil des Airbags, geleitet werden.
In Figur 2 ist nun ein zweites Ausführungsbeispiel einer Verbindungseinheit 10' zur trennbaren, induktiven Kopplung eines primärseitigen Modul 2 und eines sekundärseitigen Modul 3 beschrieben, welche weitgehend ähnlich mit der des ersten Ausführungsbeispiels ist, so daß gleiche oder einander entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen werden können und nicht mehr näher beschrieben werden müssen.
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Der wesentliche Unterschied zwischen den beiden Ausführungsbeispielen besteht darin, daß die Verbindungseinheit 10' nicht einen einfachen Luftspait 18 wie in der Verbindungseinheit 10 des ersten Ausführungsbeispiels besitzt, sondern daß zur Minimierung des Streufelds der Verbindungseinheit 10' ein Labyrinth-Luftspalt 18' vorgesehen ist. Dieser Labyrinth-Luftspalt wird in besonders einfacher Art und Weise dadurch realisiert, daß zumindest einer der beiden Schalenkerne 11, 13 ein weiteres umlaufendes Wandelement 19a, 19b aufweist, welches in radialer Richtung an die durch die beiden Wicklungseinheiten 12, 14 ausgebildeten Transformatorkern 14 anschließt. In dem in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwei weitere Wandelemete 19a, 19b vorgesehen, wobei das erste Wandelement 19a des primärseiügen Schalenkerns 11 derart vom inneren Wandelement 11b beabstandet ist, daß das innere Wandelement 13b des sekundärseitigen Schalenkerns 13 in den durch die beiden Wandelemente 11b, 19a begrenzten Hohlraum eintauchen kann. In entsprechender Art und Weise ist das weitere Wandelement 19b des sekundärseitigen Schalenkerns 13 derart angeordnet, daß das äußere Wandelement 11a des primärseitigen Schalenkerns 11a in einen durch das weitere Wandelement 19b und das äußere Wandelement 13a des sekundärseitigen Schalenkerns 13 begrenzten Raum in montiertem Zustand der Verbindungseinheit 10' eintaucht.

Claims (1)

  1. -8-Schutzansprüche
    1. Einrichtung zur leitungsgebundenen, uni- oder bidirektionalen Übertragung von elektrischen Signalen, insbesondere von Schwachstromsignalen oder elektrischer Energie, zwischen einem primärseitigen Modul (2) und einem in einem Lenkrad eines Fahrzeugs integrierten sekundärseitigen Modul (3) über eine Zweidrahtleitung (18a, 18b; 18c, 18d), dadurch gekennzeichnet, daß für eine Trennbarkeit des primärseitigen (2) und des sekundärseitigen Moduls (3) die Einrichtung (1) die primärseitige Zweidrahtleitung (18a, 18b) und die sekundärseitige Zweidrahtleitung (18c, 18d) durch ein primärseitiges (12) bzw. sekundärseitiges Wicklungselement (14) abgeschlossen sind, welche transformatorisch über einen Luftspalt (18; 18') miteinander koppeibar sind, daß das primärseitige Wicklungselement (11) in einem primärseitigen Schalenkern (11) aufgenommen ist, der eine zentrale öffnung (20) zum Durchtritt einer das Lenkrad tragenden Lenksäule aufweist und im wesentlichen rotationssymmetrisch zu einer Symmetrieachse (A) dieser zentralen Öffnung (20) ausgebildet ist, daß das primärseitige Wicklungsefement (12) und das sekundärseitige Wicklungselement (14) als Ringspule ausgebildet sind, daß das sekundärseitige Wicklungselement (14) konzentrisch zum primärseitigen Wicklungselement (12) angeordnet ist, und daß die beiden Wicklungselemente (12,14) in einem von dem primärseitigen Schalenkern (11) und dem sekundärseitigen Schalenkern (13) ausgebildten Aufnahmeraum (15) aufgenommen sind.
    2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der primärseitige Schalenkern (11) zumindest ein die zentrale Öffnung (20) umgebendes Grundelement (11c) und zumindest ein von diesem abstehendes Wandelement (11a, 11b) aufweist, und daß das primärseitige Wicklungselement (12) am Wandelement (11a) oder am Grundelement (11c) befestigbar ist,
    3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der primärseitige Schalenkern (11) zusätzlich zu dem Grundelement (1 Ic) und dem Wandelement (11a) ein zweites Wandelement (1b) aufweist, und daß durch das Grundelement (11c) und die beiden Wandeiemente (11a, 11b) des primärseitigen Schalenkerns (11) der Aufnahmeraum (15) für die Wicklungselemente (12,
    14) ausbildbar ist.
    4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der sekundärseitige Schalenkern (13) zumindest ein Grundelement (13c) und zumindest ein von diesem (13c) abstehendes Wandelement (13b) aufweist, und daß das sekundärseitige Wicklungselement (14) am Wandelement (13b) und/oder am Grundelement (13c) befestigbar ist.
    5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der sekundärseitige Schalenkern (13) außer dem Grundelement (13a) und dem Wandelement (13b) ein zweites Wandelement (13a) aufweist.
    6. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Wandelement (13a, 13b) des sekundärseitigen Schalenkerns (13) in montiertem Zustand der Einrichtung (1) in den durch die Elemente (11 a-11 c) des primärseitigen Schalenkerns (11) begrenzten Aufnahmeraum (15) eintritt.
    7. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich das äußere Wandelement (11a, 11b) eines der beiden Schalenkerne (11,13) in radialer Richtung an das äußere Wandelement (11a, 11b) des anderen Schalenkern (11,13) anschließt.
    8. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der beiden Schaienkeme (11,13) ein von seinen Grundelementen (11c, 13c) abstehendes weiteres Wandelement (19a, 19b) aufweist.
    9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schalenkern (11) ein weiteres Wandelement (19b) aufweist, das von seinem inneren Wandelement (11b) derart beabstandet ist, daß in montiertem Zustand der Einrichtung (1) das innere Wandelement (13b) des sekundärseitigen Schalenkerns (13) in einen durch die beiden Wandeiemente (11b, 13b) des primärseitigen Schalenkerns (11) begrenzten Raum aufnehmbar ist.
    10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der sekundärseitige Schalenkern (13) ein weiteres Wandelement (19a) aufweist, das vom äußeren Wandelement (13a) derart beiabstandet ist, daß in montiertem Zustand der Einrichtung (1) das äußere Wandelement (11a) des sekundärseitigen Schalenkerns (11) in dem durch die beiden Wandelemente (13a, 19a) begrenzten Raum aufnehmbar ist.
    11. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Verbändungseinrichtung (10,10') parallel Schwachstromsignale, insbesondere Steuersignale, und Leistungsignale übertragbar sind.
    12. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das sekundärseitige Modul (3) ein Signaltrennelement (3a) aufweist, durch das ein von der Verbindungseinrichtung (10,10') übertragenes Gesamtsignal in seinen Signalanteil (S) und seinen Leistungsanteil (L) aufspaltbar ist.
    • a
    -11 -
    13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß das sekundärseitige Modul eine Signalverarbeitungseinheit (3a) und/oder eine Leistungseinheit (3b) aufweist,
    14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinheit (3a) als Steuerelektronik eines im Lenkrad integrierten Airbags
    und/oder die Leistungseinheit (3b) als Energieteil des Airbags ausgebildet ist.
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