DE3110807C2 - Einrichtung zur elektrischen Verbindung zwischen wenigstens zwei auf der Lenkradachse eines Kraftfahrzeuges befindlichen, gegeneinander drehbaren Bauteilen - Google Patents

Abstract

Durch die Erfindung soll eine gleichbleibend sichere elektrische Verbindung zwischen zwei gegeneinander verdrehbaren Bauteilen, z.B. dem feststehenden und beweglichen Kontakt einer elektrischen Verbindungseinrichtung, gewährleistet sein mit einem möglichst geringen Übergangswiderstand sowie möglichst verschleißfrei. Gemäß der Erfindung erfolgt dies dadurch, daß für die elektrische Verbindung Wälzkörper (31) aus elektrisch leitendem Material vorgesehen sind, die zwischen einem stationären Kontaktteil (25, 26) und einem drehbaren Kontaktteil (15, 16) angeordnet sind, wobei die Kontaktteile gegeneinander verspannt sind.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Solche Einrichtungen, wie sie beispielsweise aus der

to US-PS 40 06 954 bekannt sind, dienen zur elektrischen Verbindung zwischen gegeneinander verdrehbaren elektrischen Bauteilen in Kraftfahrzeugen, z. B. zur Übertragung von elektrischen Signalen von stationär am Fahrzeugchassis gelagerten Bauelementen zu elektrischen Einrichtungen, die am Lenkrad angeordnet sind. So erfolgt bei bekannten Einrichtungen eine elektrische Verbindung zwischen der Fahrzeugbatterie und dem am Lenkrad befestigten Hupenschalter über konzentrische Kontaktbahnen an dem einen Teil und Schleifringe oder Kontaktbürsten an dem anderen Teil, wobei auch während der Drehbewegung eine elektrische Verbindung vorhanden ist Derartige elektrische Verbinduiigseinrichtungen sind einem relativ hohen Verschleiß unterworfen und haben den Nachteil, daß sie während der Drehbewegung störende Geräusche verursachen. Ferner sind bei solchen Einrichtungen mit schleifenden Kontaktelementen relativ große elektrische Übergangswiderstände vorhanden. Ein großer Übergangswiderstand kann hingenommen werden bei elektrischen Schalt- oder Signaleinrichtungcn, bei denen — wie z. B. bei der Hubenbetätigung — in der elektrischen Verbindungsleitung relativ große Ströme fließen. Nicht akzeptabel dagegen ist eine solche Verbindungseinrichtung für diejenigen Fälle, in denen auf größtmögliche Kontaktsicherheit Wert gelegt wird bzw. bei denen in der Verbindungsleitung z. B. zu Prüfbzw. Kontrollzwecken, beispielsweise zur elektrischen oder elektronischen Überwachung von Fahrzeugsicherheitssystemen sehr kleine Ströme von nur wenigen mA fließen. Besonders hohe Ansprüche an die Kontaktsicherheit stellt ein Fahrzeug-Sicherungssystem, bei dem am Lenkrad ein als Insassen-Aufprallschutz dienender Luftsack befestigt ist, der mit einer elektrischen Zündeinrichtung versehen ist, welche Zündeinrichtung über eine elektrische Verbindung mit einem elektrischen Sensor im Fahrzeugchassis verbunden ist, wobei im Crash-Falle der elektrische Sensor aktiviert wird und die Zündeinrichtung betätigt, die ihrerseits ein Aufblasen des Luftsackes veranlaßt. Hierbei ist es wünschenswert, daß dieses Sicherungssystem ständig auf die Betriebsbereitschaft hin überprüft wird, wofür im elektrischen Verbindungssystem dauernd ein elektrischer Kontrollstrom von nur wenigen mA fließt, denn es muß sichergestellt sein, daß im Notfalle die Zündeinrichtung,

z. B. ein pyrotechnischer Treibsatz sicher gezündet wird.

Bei der aus der eingangs genannten US-PS 40 06 954

bekannten Einrichtung wird die elektrische Verbindung zwischen dem drehfesten Teil und dem drehbaren Teil über eine nach Art eines Kugellagers ausgebildete Kontakteinrichtung hergestellt. Die Kugeln laufen in den einander gegenüberliegenden Rillen zweier konzentrischer Ringe. Wegen unvermeidbaren Verschleißes kann eine solche Anordnung nicht über längere Zeit spielfrei bleiben. Um dennoch eine sichere Kontaktgabe zu gewährleisten, wird die kugellagerartige Kontaktanordnung durch ein elektrisch leitfähiges Schmiermittel geschmiert. Auch durch diese Maßnahme wird aber zumindest über längere Zeit kein ausreichend niedrigerer

und konstanter Kontaktwiderstand erhalten, um eine dauernde Überwachung der Betriebsbereitschaft des Fahrzeug-Sicherungssystems über einen elektrischen Kontrollstrom mit der gewünschten Zuverlässigkeit durchzuführen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß eine gleichbleibend sichere elektrische Kontaktgabe bei sehr geringem Verschleiß und geringem Kontaktwiderstand nut einfachen Mittein ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß die Einrichtung praktisch verschleißfrei arbeitet, einen sehr geringen Übergangswiderstand ergibt und ke'ne störenden Geräusche verursacht Mit einer solchen elektrischen Verbindung werden in besonderer Weise gerade die Kontakticrungsprobleme gelöst, die in oft extremen Rütteibeanspruchungen ausgesetzten Kraftfahrzeugen auftreten. Hierbei besteht ohne Schwierigkeiten die Möglichkeit, über die besondere elektrische Verbindung selbst extrem kleine Kontrollströme dauernd fließen zu lassen und es ist gewährleistet, daß auch nach sehr langer zeitlicher Beanspruchung der Verbindungsmittel eine gleichbleibend exakte Betriebsbereitschaft vorhanden ist.

Die Erfindung läßt Ausführungen zu, bei denen mehrere elektrische Verbindungskreise innerhalb der Einrichtung mittels mehrerer konzentrischer Kontaktteil-Paare für die elektrischen Zu- und Rückleitungen hergestellt werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist ein ringförmiges Federelement der Einrichtung einen Innenumfang auf, der bei außenliegendem Federelement kleiner bzw. bei innenliegendem Federelcment größer ist als der äußere bzw. innere Laufkreis-Umfang der Wälzkörper derart, daß sich das Federelemcnt bei der Abwälzbewegung unter Vorspannung gegen die Wälzkörper polygonal verformt. Auf diese Weise wird mit einfachsten Mitteln ein Federelement geschaffen, das nicht mit dem Nachteil üblicher Federelemente behaftet ist, nämlich dem allmählichen Nachlassen der Federkraft. Allein durch die besondere Formgebung des ringartigen Federelementes wird die aus Kontaklteilen und Wälzkörpern bestehende elektrische Verbindung mit einer mechanischen Vorspannung sowohl im Ruhezustand als auch während der Abwälzbewegung beaufschlagt, die eine sichere Kontaktierung der vorgenannten Teile gewährleistet.

Anstelle des vorgenannten polygonalen Federelementes kann auch ein ringförmiges Federelement vorgesehen sein, das durch Schlitze voneinander getrennte, in Richtung der Wälzkörper federnd vorgespannte Segmentzungen aufweist. Durch diese federnden Segmentzungen we^rden die Wälzkörper mittelbar oder unmittelbar gegen die zugehörigen Kontaktteile gedrückt.

Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen nachstehend erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die Halb-Schnittansicht der an der Lenkspindel eines Kraftfahrzeuges befestigten erfindungsgemäßen Einrichtung mit Radial-Verspannung der Wälzkörper,

F i g. 2 die Einrichtung gemäß F i g. 1 in Explosions-Darstellung,

Fi g. 3 eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung mit Radial-Verspannung der Wälzkörper,

F i g. 4 eine Prinzipdarstellung des Verspaniiungs-Systerns der erfindungsgemäßen Einrichtung gemäß den vorhergehenden Figuren und

F i g. 5 die Seitenansicht einer in Form eines aufblasbaren Luftsackes ausgebildeten, am Lenkrad eines

ίο Kraftfahrzeuges befestigten Sicherungsvorrichtung in Teil-Schnittdarstellung.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß den F i g. 1 und 2 ist mit 1 die Lenkspindel eines nicht weiter dargestellten Kraftfahrzeuges bezeichnet, an der mit Abstand von einem durch strichpunktierte Linienzüge angedeuteten fahrerseitigen Fahrzeugchassis ein ebenfalls durch strichpunktierte Linienzüge angedeutetes Lenkrad 3 drehfest befestigt ist Ebenfalls an der Lenkspindel 1 drehfest gelagert z. B. mittels eines Mitnehmerkeils 4 ist eine z. B. aus Isolierkunststoff bestehende, kreisrunde Lagerscheibe 5, die mit einer ringförmigen, zur Lenkradachse konzentrischen Lagerausnehmung 6 versehen ist Mit 7 ist ein ringförmiger Deckel bezeichnet, der z. B. aus einem elastischen Kunststoff besteht Dieser Dekkelring 7 weist ebenfalls eine ringförmige Lagerausnehmung 8 auf und ist in die Ausnehmung 6~der Lagerscheibe 5 fluchtend einsetzbar und z. B. mittels zweier Federringe 9 und 10 unterschiedlichen Durchmessers mit der Lagerscheibe 5 verspannbar. Die Lagerscheibe 5 ist mittels einer Mutter 11 an der Lenkspindel arretiert. Der Deckelring 7 weist zumindest ein zapfenartiges Kupplungselement 12 auf, das mittelbar über eine dämpfende Hülse 13 mit einem entsprechend zapfenartigen Ansatz 14 des Fahrzeugchassis 2 gekuppelt ist. Im Bereich der Lagerausnehmung 6 in der Lagerscheibe 5 gelagert sind zwei ringförmige Kontaktteile 15 und 16, von denen jedes vier in Schlitzen 17 bzw. 18 der Lagerscheibe 5 einsteckbare und darin fixierbare Lagerlappen 19 bzw.

20 aufweist. Jedes Kontaktteil 15 und 16 besitzt ferner eine ebenfalls lappenartige elektrische Anschlußfahne

21 bzw. 22, die jeweils durch einen zusätzlichen Schlitz 23,24 in der Lagerscheibe hindurchragt und der elektrischen Kontaktierung mit einer nicht weiter dargestellten elektrischen Leitung oder einem elektrischen Bauelement dient. Die Anschlußfahnen 21 und 22 sind, wie Fig. 1 zeigt, nach der Montage leicht umgebogen. In ähnlicher Weise trägt der Deckelring 7 zwei ringförmige, zueinander konzentrische Kontaktteile 25 und 26 mit entsprechenden Lagerlappen und elektrischen Anschlußfahnen 27 und 28, die in derselben Weise in entsprechenden Schlitzen im Deckelring 7 fixiert sind. Die gegeneinander elektrisch isolierten Kontaktteile 15 und 16 besitzen in radialer Richtung konkave Wälzkontaktbahnen 15', 16'. Mit 29 bzw. 30 sind zwei Radial-Kugelkäfige unterschiedlichen Durchmessers bezeichnet, in denen als Kugeln ausgebildete Wälzkörper 31 gelagert sind. Zwischen den einander zugewandten Lagerenden der Kontaktteile 15 und 25 bzw. 16 und 26, d. h. zwischen den Wälzkontaktbahnen 15' und 16' der Kontaktteile 15 und 16 und den hülsenartigen Enden der Kontaktteile 25 und 26 sind die Wälzkörper 31 angeordnet bzw. verspannt. Eine federnde Verspannung der vorgenannten Kontaktteile mit den dazwischenliegenden Wälzkörperii 31 erfolgt beim Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 und 2 dadurch in radialer Richtung, daß die hülsenartigen Abschnitte der ringförmigen Kontaktteile 25 und 26 am gesamten Umfang durch Schlitze 32 voneinander getrennte, einzeln federnde Segmentzungen 25' bzw. 26'

5 6

besitzen, durch welche die Wälzkörper 31 gegen die verbunden sind, z. B. am Lenkrad 3 angeordnet sind. zugehörigen Wälzkontaktbahnen 15' und 16' gedrückt Fig.5 zeigt als Beispiel eine elektrisch betätigbare Siwerden. Dabei ist die Teilung der am Umfang der ring- cherungsvorrichtung für den Aufprallschutz der Fnhrförmigen Kontaktteile 25 und 26 verteilten Segment- zeuginsassen, die z. B. im Zentrum des Lenkrades befezungen von der Wälzkörper-Teilung unterschiedlich ge- s stigt ist. Diese Sicherungsvorrichtung besteht aus einem wählt. Die Kontaktteile 25 und 26 bilden damit mit ihren zusammengefalteten Luftsack 39, der im zusammengefedernden Segmentzungen 25' und 26' im Sinne einer falteten Zustand zwischen zwei Deckelschalenteilen 40 Verspannung der Wälzkörper 31 Federelemente, die und 40' gehalten ist. Diese Deckelschalenteile sind an gleichzeitig als Kontakttierungsmittel dienen und elek- den Längskanten einer Grundplatte 41 über Folientrische Anschlußelemente 27 und 28 aufweisen. io scharniere angelenkt. Mit 42 ist ein Generator z. B. in

F i g. 4 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Form eines elektrisch zündbaren pyrotechnischen Federelementes 33 für die Wälzkörper 31, die durch Treibsatzes bezeichnet. Über die vorbeschriebene Eindieses Federelement 33 ständig mit Vorspannung gegen richtung zur elektrischen Verbindung steht die Zündeine Wälzkontaktbahn z. B. 15' gedrückt werden sollen. vorrichtung 42 in elektrischer Verbindung mit einem am Zum Unterschied zum Ausführungsbeispiel gemäß 15 Fahrzeugchassis angeordneten Sensor, der z. B. im F i g. 1 und 2 weist hierbei das z. B. ebenfalls mit einem Crashfalle aktiviert wird und in Form eines Schalters elektrischen Anschlußelement versehene ringförmige einen Zündstromkreis schließt, wobei der Zündstrom-Federelement 33 einen Hüllumfang auf, der kleiner ist kreis über die Einrichtung gemäß F i g. 1 bis 4, d. h. über als der äußere, theoretische Laufkreis-Umfang der die chassisfesten und drehbaren Kontaktteile sowie Wälzkörper 31 derart daß das Federelement 33 eine 20 über die Wälzkörper 31 geführt wird, Hierbei kann z. B. polygonale Form annimmt und während der Abwälzbe- in Fig. 1 Kontaktteil 15, Wälzkörper 31 und Kontaktteil wegung, also bei Verdrehung des Federelementes 33 25 als elektrische Zuleitung und Kontaktteil 16, Wälzrelativ zur Wälzkontaktbahn 15' ständig polygonal ver- körper 31 und Kontaktteil 26 als elektrische Rückleiformt wird. Die polygonale Form des Federelementes tung dienen. Mit der Schließung des Zündstromkreises 33 ist in F i g. 4 übertrieben dargestellt. Tatsächlich wird 25 wird der pyrotechnische Treibsatz gezündet und der der Hüllumfang des Federelementes 33 nur wenig, z. B. Luftsack 39 wird schlagartig aufgeblasen, wobei die um wenige Zehntel eines Millimeters kleiner sein als der Deckelschalenteile 40 und 40' auseinandergesprengt theoretische Laufkreisumfang der Wälzkörper 31. Je- werden.

denfalls werden auf diese Weise die Wälzkörper 31 stan- —

dig gegen die Wälzkontaktbahn 15' mit gleichbleiben- 30 Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

der Vorspannung gedruckt, so daß zwischen den elek- ' "

trisch zusammenwirkenden Kontaktteilen 15 und 25
bzw. 16 und 26 gemäß F i g. 1 und 2 über die Wälzkörper
31 ein gleichbleibend guter elektrischer Kontakt ohne
nennenswerten Übergangswiderstand hergestellt ist. 35

Der einzige namhafte Unterschied zwischen dem
Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 und 2 und dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 3 besteht darin, daß an
den inneren und äußeren ringförmien Begrenzungskanten der Lagerscheibe 5' Rastkanten 35 und 36 ange- 40
formt sind, die in die Lagerausnehmung 6' hineinragen.
Entsprechend besitzt der ringartige Deckelring T nach
außen bzw. nach innen ragende Rastkanten 37 und 38,
die unter Zwischenlage von Federringen 9,10 miteinander verrasten. Dies wird dadurch erleichtert, daß der 45
Deckelring T aus elastischem Material besteht so daß
die Rastkanten 37 und 38 unter nachgiebiger Verformung über die Rastkanten 35 und 36 drückbar sind,
wonach die Teile 5' und T durch Schnappverbindung
miteinander derart verbunden sind, daß sie relativ ge- 50
geneinander verdreht werden können, ebenso wie dies
beim Ausführungsbeispiel gemäß den F i g. 1 und 2 der
Fall ist Ein weiterer Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 und 2 besteht darin, daß bei der
Einrichtung zur elektrischen Verbindung gemäß F i g. 3 55
die Wälzkörper 31 nicht in Käfigen gehalten sind, sondern durch die federnden Kontaktteile 25" bzw. 26" frei
gegen die Wälzkontaktbahnen der gegenüberliegenden
Kontaktteile 15" und 16" gedruckt werden. Im Gegensatz dazu werden beim Ausführungsbeispiel gemäß den 60
F i g. 1 und 2 die Wälzkörper 31 in Käfigen gehalten,
derart, daß sie in radailer Richtung verschiebbar sind.

Die anhand der F i g. 1 bis 4 beschriebenen Einrich- i

tungen dienen der elektrischen Verbindung zwischen |

elektrischen Elementen oder Bauteilen, die chassisfest 65 ί

im Kraftfahrzeug eingebaut sind und zwischen elektri- '

sehen Elementen oder elektrischen Bauteilen, die mittel- $

bar oder unmittelbar mit der drehbaren Lenkwelle 1 ι

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur elektrischen Verbindung zwischen wenigstens zwei an der Lenksäule eines Kraftfahrzeugs angeordneten Bauteilen zwischen denen eine Relativbewegung auftritt vorzugsweise zwischen einem chassisfesten Lagerteil und einer elektrischen Zündeinrichtung eines am Lenkrad gelagerten, als Insassen-Aufprallschutz dienenden Luftsakkes, wobei die elektrische Verbindung über elektrisch leitende Wälzkörper und drehbare bzw. stationäre Kontaktteile erfolgt, die zumindest annähernd ringförmig ausgebildet sind, zwischen denen die Wälzkörper angeordnet sind und die gegeneinander verspannt sind, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Kontaktteil (25 bzw. 26) als federnder Ring ausgebildet ist, der bezüglich der Gesanitanordnung radial an den Wälzkörpern (31) anliegt

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei konzentrische, ringförmige Kontaktteil-Paare (15 bzw. 16 und 25 bzw. 26) für die elektrische Zu- und Rückleitung vorgesehen sind.

3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet daß der federnde Ring (33) einen Innenumfang aufweist, der bei radial außenliegendem Ring (F i g. 4) kleiner bzw. bei radial innenliegendem Ring größer ist als der äußere bzw. innere Laufkreis-Umfang der Wälzkörper (31) derart, daß sich das Federelement bei der Abwälzbewegung unter Vorspannung gegen die Wälzkörper polygonal verformt

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der federnde Ring (25 bzw. 26) durch Schlitze (32) voneinander getrennte, in Richtung der Wäl2körper (31) federnd vorgespannte Segmentzungen (25' bzw. 26') aufweist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilung der am Umfang des Federelementes verteilten Segmentzungen von der Wälzkörper-Teilung unterschiedlich ist.

6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktteile (15 bzw. 16 und 25 bzw. 26) und die Wälzkörper (31) in einem scheibenförmigen Gehäuse gelagert sind, das aus einer an der Lenkspindel (i) drehfest gelagerten Lagerscheibe (5) mit ringförmiger Lagerausnehmung (6) und aus einem chassisfesten, in die Ausnehmung passenden Deckelring (7) gebildet ist, wobei an diesen miteinander vorzugsweise durch Schnappverbindung verbundenen und gegeneinander verdrehbaren Gehäuseteilen die zusammenwirkenden Kontaktteile der Kontaktteile-Paare gelagert sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckelring (7) mit Kupplungselementen (12) für dessen Befestigung am Fahrzeugchassis (2) versehen ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuseteile mit Isolier-Durchführungen (49) für die elektrischen Anschlußfahnen der Kontaktteile (15 bzw. 16 und 25 bzw. 26) versehen sind.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eines der Gehäuseteile, vorzugsweise der Deckelring (7), aus elastischem Kunststoff besteht