DE4236279C2 - Übertragungskabel zwischen einem Lenkrad und einem dieses aufnehmenden feststehenden Gehäuse - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Übertragungskabel zwischen einem Lenkrad und einem dieses aufnehmenden feststehenden Gehäuse, wobei das Lenkrad einen Rotor aufweist, das Gehäuse den Rotor beabstandet zum Gehäuse aufnimmt, und das Übertragungskabel ein Flachbandkabel mit mindestens einem Leiter und einer diesen isolierenden und lagepositionierenden Schicht ist, das mit einem Ende mit dem Rotor und mit dem anderen Ende mit der Innenseite des Gehäuses verbunden ist.

Ein solches Übertragungskabel ist aus der DE 39 06 308 C2 bekannt, wobei dieses Flachbandkabel die isolierende und lagepositionierende Schicht in Form eines Dämpfungsbandes aufweist und in Spiralform gewickelt ist sowie an seinem äußeren und inneren Ende mit einem Knickschutz versehen ist.

Aus der DE 35 37 783 A1 ist ein Übertragungskabel zwischen einem feststehenden Teil und einem drehbaren Teil bekannt, wobei das Übertragungskabel ein Flachbandkabel ist, das mit einem Ende mit dem drehbaren Teil und mit dem anderen Ende mit dem feststehenden Teil verbunden ist. Das Flachbandkabel weist einen ersten Bereich, der in einer ersten Richtung zumindest teilweise um das drehbare Teil gewunden ist, und einen zweiten Bereich auf, der sich entgegengesetzt dazu erstreckt und entlang der Innenseite des feststehenden Teils gewunden ist. Dieses bekannte Übertragungskabel ist jedoch nicht für ein Lenkrad vorgesehen, vielmehr ist davon auszugehen, dass das Übertragungskabel bei einem Stellantrieb vorgesehen ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Übertragungskabel der genannten Art so zu verbessern, dass dieses kostengünstig herstellbar und auch unter starken Belastungen funktionssicher bleibt.

Diese Aufgabe wird durch ein Übertragungskabel mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Erfindungsgemäß weist das Flachbandkabel einen ersten Bereich, der in einer ersten Richtung um den Rotor gewunden ist, und einen zweiten Bereich auf, der sich zur ersten Richtung entgegengesetzt erstreckt. Gegenüber herkömmlichen, spiralförmig aufgewickelten Flachbandkabeln wird ca. 1/6 der Gesamtlänge des Flachbandkabels eingespannt. Zur Erhöhung der Lebensdauer, insbesondere des stark beanspruchten Bereiches, in dem das Kabel die Richtung wechselt, ist der Leiter aus Berylliumkupfer ausgebildet. Da Berylliumkupfer gute elektrische Leitförmigkeitseigenschaften besitzt, wird eine gute Signalübertragung durch das Übertragungskabel gewährleistet.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 5 angegeben.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 schematisch das erfindungsgemäße Übertragungskabel in Verbindung mit einem Rotor und Gehäuse eines Lenkrades im Querschnitt und

Fig. 2 perspektivisch und im Schnitt das erfindungsgemäße Übertragungskabel.

In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 20 einen Rotor als ein rotierendes Teil, das sich synchron mit einer nicht gezeigten Lenkradwelle dreht. Ein feststehendes Gehäuse 30 enthält den Rotor 20. Der Rotor 20 ist in dem Gehäuse 30 derart angeordnet, dass der Rotor 20 mit dem Gehäuse 30 koaxial und von dem Gehäuse 30 mit einem bestimmten Abstand getrennt ist. Ein Ende eines biegsamen Übertragungskabels 10 für die elektrische Verbindung zwischen Lenkrad und Gehäuse ist mit der äußeren Endseite des Rotors 20 verbunden, während das andere Ende mit der inneren Endseite des Gehäuses 30 verbunden ist.

Eine dazwischenliegende Platte 40, die im Gehäuse 30 angeordnet ist, teilt den Raum zusammen mit der äußeren Endwand in eine innere Kammer 40a und eine äußere Kammer 40b.

Die dazwischenliegende Platte 40 dreht sich entsprechend einem Übersetzungsverhältnis mit einem verringerten Maß und in der gleichen Richtung wie der Rotor 20.

Eine Vielzahl von Führungsrollen 41 ist innerhalb der dazwischenliegenden Platte 40 angeordnet. Die äußere Endwand der dazwischenliegenden Platte hat eine Öffnung für einen Durchgang 42 des Übertragungskabels 10 von der inneren Kammer 40a zu der äußeren Kammer 40b. In der Nähe des Durchgangs 42 folgt das Übertragungskabel 10 entlang der Umfangsaußenseite von einer (als 41a bezeichnet) der Führungsrollen 41, ändert seine Richtung und fährt in der umgekehrten Richtung fort, und tritt in die äußere Kammer 40b der dazwischenliegenden Platte 40 ein.

Das Übertragungskabel bzw. das Flachbandkabel 10, wie es in Fig. 2 gezeigt ist, ist aus flachen elektrischen Leitern 11, von denen jeder eine bestimmte Breite und Dicke hat, aus einer isolierenden Abdeckschicht 12, um die flachen Leiter 11 in einer isolierenden Weist festzuhalten, und aus einem Verbinderstoff 13 gebildet, um die flachen Leiter 11 und die isolierende Abdeckschicht 12 miteinander zu verbinden.

In dem Flachbandkabel sind die flachen Leiter 11 aus festem Material und die isolierende Abdeckschicht 12 aus Polyethylenterephtalat hergestellt.

Das Flachbandkabel 10, das um den Rotor 20 gewunden ist, wird durch die Drehung des Rotors 20 in einer Vorwärtsrichtung (im Uhrzeigersinn) gelockert, und die vom Flachbandkabel gebildete Schleife wird in der entgegengesetzten Richtung (gegen den Uhrzeigersinn) mittels der Führungsrolle 41a gedreht, wobei es sich aus der inneren Kammer 40a in die äußere Kammer 40b durch den Durchgang 42 hindurch bewegt.

Bei Drehung des Rotors 20 in der umgekehrten Richtung wird das Flachbandkabel 10 aus der äußeren Kammer 40b in die innere Kammer 40a bewegt.

Wenn sich das Lenkrad in seiner neutralen Lage befindet, besteht eine Geradeaus- Fahrstellung, bei der die Zahl der Steuerbewegungen am größten ist, und ein bestimmter Teil des Flachbandkabels 10 ist im Durchgang 42 in Form eines U am Umfang der Führungsrolle 41a anliegend angeordnet. Dieser Teil ist ein Biegeteil 14, an dem das Flachbandkabel 10 am häufigsten gebogen wird. Dementsprechend ist die Biegespannung auf dieses Teil des Flachbandkabels 10 konzentriert. Um auch ein Abscheren in einem extremen Fall das Flachbandkabels zu verhindern, wird Berylliumkupfer für die flachen Leiter 11 Flachbandkabels 10 verwendet.

Das hier verwendete Berylliumkupfer ist insbesondere eine C1720 Serie (JIS) Kupferlegierung, die Beryllium mit 1,8 bis 2,0 Gewichtsverlust enthält. In den USA ist die C1720 Serie (JIS) als 17200 Serie bezeichnet. Genauer ist C1720-HM fabrikgehärtetes Material, das aus Beryllium mit 1,8 bis 2,0 Gewichtsprozent, Nickel/Kobalt/Eisen mit 0,6 Gewichtsprozent maximal und Kupfer/Beryllium/Nickel/Kobalt/Eisen mit 99,5 Gewichtsprozent minimal zusammengesetzt ist. Die Dehnungsfestigkeit des Berylliumkupfers ist ungefähr 93 bis 113 kp/mm² und die Dehnung dabei ist ungefähr 6%. Dementsprechend sind die Dehnungsfestigkeit und die Biegefestigkeit größer als jene von festem herkömmlichem Material. Wenn das Berylliumkupfer für die flachen Leiter 11 des Flachbandkabels 10 verwendet wird, ist die Zahl von Biegebewegungen mit großen Amplituden stark vergrößert, bis es zu einer Abscherung kommen kann.

Die Form des Flachbandkabels 10 ist nach der Erfindung, die Berylliumkupfer für die flachen Leiter 11 verwendet, dieselbe wie die eines herkömmlichen, in Fig. 2 gezeigten Flachbandkabels. Dementsprechend sind auch in dem Flachbandkabel 10 eine Vielzahl von flachen Leitern 11 parallel nebeneinanderliegend angeordnet und mit einer isolierenden Abdeckschicht 12 durch ein Verbindungsmittel 13 abgedeckt. Die gesamte Länge des Flachbandkabels 10 liegt üblicherweise im Bereich von 600 bis 800 mm.

Zusätzlich ist nach der Erfindung das Flachbandkabel 10 so aufgebaut, dass die Dicke der flachen Leiter 11 im zentralen Teil, oder dem Biegeteil 14, wo das Flachbandkabel 10 am häufigsten gebogen wird, schmäler ist als die Dicke der Leiter in den übrigen Bereichen des Flachbandkabels; es ist t < t', wobei t die Dicke des Leiters in dem übrigen Teil und t' die Dicke in dem Biegeteil ist. Mit diesem Aufbau des Flachbandkabels 10 wird die Biegefestigkeit weiter verbessert, und folglich ist die Zahl der Biegebewegungen weiter erhöht. Die flachen Leiter 11 können an dem Biegeteil 14 durch Anpressen der flachen Leiter oder durch Ausscheiden beider Seiten oder einer Seite der flachen Leiter gedünnt werden. Eine auf den flachen Leitern auftretende Spannung wird schwach, wenn diese gedünnt sind. Dementsprechend ist die Biegefestigkeit in dem spannungskonzentrierten Teil der flachen Leiter 11 merklich verbessert.

Der Aufbau des Flachbandkabels 110 nach der Erfindung und dessen Vorteile wird weiter durch Verwendung eines Testbeispiels beschrieben.

Bei einem durchgeführten Test war ein Flachbandkabel 10 wie folgt aufgebaut: der Durchmesser des Rotors 20 war 54 mm; der Durchmesser des Gehäuses 30 war 91 mm; und die flachen Leiter 11 waren aus C1720-HM fabrikgehärtetem Material hergestellt, das sich aus Beryllium mit 1,8 Gewichtsprozent, Nickel/Kobalt/Eisen mit 0,6 Gewichtsprozent und Kupfer/Beryllium/Nickel/Kobalt/Eisen mit 99,5 Gewichtsprozent zusammensetzte. Drei flache Leiter 11 mit einer Dicke von 0,1 mm und einer Länge von 600 mm waren parallel nebeneinanderliegend angeordnet und mit einer isolierenden Abdeckschicht 12 aus Polyethylenterephtalat abgedeckt. Ein Ende des Flachbandkabels 10 ist mit dem Rotor 20 verbunden, während das andere Ende mit dem Gehäuse 30 verbunden ist.

Die Leitfähigkeit des C1720-HM fabrikgehärteten Materials war 20% IACS, seine Dehnungsfestigkeit war 93 kp/mm² und seine Dehnung dabei war 6%.

Das so aufgebaute Flachbandkabel wurde einem Dauertest unterworfen. In dem Test betrug die Zahl der wiederholten Biegebewegungen 100 000 Zyklen, bis das Flachbandkabel 10 an der Biegestelle abgeschert wurde. Dabei ist ein Zyklus eine Aufeinanderfolge von Vorgängen, bei denen das Flachbandkabel 10 um 1,5 Drehungen aus seiner Bezugslage in einer Vorwärtsrichtung herausgezogen wird, es um drei Drehungen in der umgekehrten Richtung gedreht wird, und durch fünf Drehungen in der Vorwärtsrichtung wieder aufgewunden wird. Außerdem war in dem Test die Drehgeschwindigkeit 50 Umdrehungen/Minute und die Spannungsamplitude an der Biegestelle betrug 82 kp/mm².

Zu Vergleichszwecken wurde ein anderes Flachbandkabel aufgebaut, bei dem für die flachen Leiter 11 ein C1100 Material als herkömmliches festes Kupfermaterial verwendet wurde, das nur aus Kupfer bestand. Die übrige Spezifizierung des Flachbandkabels war die gleiche, wie jene nach der Erfindung.

Die Leitfähigkeit des C1100 Materials betrug 100% IACS, die Dehnungsfestigkeit betrug ungefähr 25 kp/mm² und die Dehnung dabei betrug etwa 15%.

Das so aufgebaute Flachbandkabel wurde zum Vergleich einem Dauertest unter den gleichen Bedingungen unterworfen. In dem Test betrug die Zahl der wiederholten Biegebewegungen lediglich 100 Zyklen, bis das Flachbandkabel an der Biegestelle abgeschert wurde.

Claims (5)

1. Übertragungskabel zwischen einem Lenkrad und einem dieses aufnehmende feststehende Gehäuse, wobei
das Lenkrad einen Rotor (20) aufweist,
das Gehäuse (30) den Rotor (20) beabstandet zum Gehäuse (30) aufnimmt,
das Übertragungskabel (10) ein Flachbandkabel (10) mit mindestens einem Leiter (11) und einer diesen isolierenden und lagepositionierenden Schicht (12) ist, das mit einem Ende mit dem Rotor (20) und mit dem anderen Ende mit der Innenseite des Gehäuses (30) verbunden ist,
das Flachbandkabel (10) einen ersten Bereich aufweist, der in einer ersten Richtung zumindest teilweise um den Rotor (20) gewunden ist, und einen zweiten Bereich aufweist, der sich in einer zweiten Richtung, die zur ersten Richtung entgegengesetzt ist, erstreckt und entlang der Innenseite des Gehäuses (30) gewunden ist, und
der Leiter (11) aus Berylliumkupfer besteht.

2. Übertragungskabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Beryliumkupfer eine Kupferlegierung ist, die 1,8 bis 2,0 Gew.-% Beryllium enthält.

3. Übertragungskabel nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen zwischen dem Gehäuse (30) und dem Rotor (20) ange­ ordneten Ring (40) mit einer Vielzahl von Führungsrollen (41).

4. Übertragungskabel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Flachbandkabel (10) im Bereich des Richtungswechsels von der ersten Richtung zur zweiten Richtung am Umfang einer (41a) der Führungsrollen (41) anliegt.

5. Übertragungskabel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (11) im Bereich des Richtungs­ wechsels von der ersten Richtung zur zweiten Richtung dünner ist als in den übrigen Bereichen des Leiters (11).