DE10057793A1

DE10057793A1 - Uhrfeder, die eine wiedereinstellbare Sicherung für beheiztes Lenkrad verwendet

Info

Publication number: DE10057793A1
Application number: DE10057793A
Authority: DE
Inventors: Patrick A Bolen; Dennis D Kaufman; Brent E Henderson; Bruce E Reid
Original assignee: Methode Electronics Inc
Current assignee: Methode Electronics Inc
Priority date: 1999-12-29
Filing date: 2000-11-22
Publication date: 2001-07-05
Also published as: US6299466B1; GB2357909A; GB0029209D0; JP2001213249A

Abstract

Uhrfeder zum Antreiben eines geheizten Lenkrads mit einer zwischen dem Heizelement und einer Energiequelle für das Heizelement in Reihe geschalteten, wiedereinstellbaren Sicherung. Falls die bestimmte Strombegrenzung überschritten wird, schaltet sich die Sicherung aus und unterbricht den an das Heizelement Energie-liefernden Kreislauf. Nach dem Abkühlen der wiedereinstellbaren Sicherung wird die Verbindung zwischen dem Heizelement und der Energiequelle für das Heizelement durch die wiedereinstellbare Sicherung automatisch wiederhergestellt. Die wiedereinstellbare Sicherung kann leicht und ökonomisch in eine herkömmliche Uhrfeder eingebaut werden, wodurch eine herkömmliche Uhrfeder elektrische Verbindungen für Hochstromvorrichtungen, wie ein Lenkradheizelement, liefern kann. Außerdem liefert die vorliegende Erfindung eine verläßliche und kosteneffektive Sicherheitsvorrichtung zum Verhindern von Schaden an der Uhrfeder und an dem Fahrzeug und von ernsthafter Verletzung bei einem Fahrer oder einem Passagier.

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Uhrfedern für Lenksäulen an Kraftfahrzeugen und insbesondere eine Uhrfeder mit einer wiedereinstellbaren Sicherung.

Eine zunehmende Anzahl von Automobilen weist Airbag-Unfallsysteme auf. Der Airbag ist gewöhnlich auf dem Lenkrad gegenüber dem Fahrer angeordnet. Der Airbag muß in fortwährender elektrischer Verbindung mit den Aufprallsensoren in der Karosserie sein. Im Fall eines Unfalls liefert (liefern) der Aufprallsensor (die Aufprallsensoren) ein elektrisches Signal an die Airbag-Unfallanordnung, die den Airbag augenblicklich aufbläht. Folglich gibt es einen starken Bedarf nach einer verläßlichen, elektrischen Verbindung zwischen dem drehbaren Teil der Airbag-Anordnung, der am Lenkrad angebracht ist, und dem verbleibenden Teil der Anordnung, der an der stationären Lenksäule angebracht ist.

Elektrische Verbindungen zwischen drehbaren und stationären Teilen sind gut bekannt. Gewöhnlich ruht eine elektrische Schleifbürste auf einem leitenden Ring, wobei einer der Teile drehbar ist, um eine drehbare, elektrische Verbindung zu liefern. Es besteht jedoch besonders während des Aufpralls bei einem Unfall eine Gefahr von vorübergehendem Versagen der elektrischen Verbindung im Schleifbürste-Ring-System, das zum Versagen der gesamten Airbagsystem-Unfallanordnung führen kann.

Folglich wurde vor einiger Zeit eine Uhrfeder entwickelt. Die Uhrfeder umfasst gewöhnlich ein flaches, flexibles, um eine drehbare Nabe gewickeltes Bandkabel. Die drehbare Nabe ist auf der Lenksäule angeordnet. Das Bandkabel ist innerhalb eines Gehäuses enthalten. Ein erstes Ende des Bandkabels ist mit einer Entfaltungseinheit des Airbags verbunden, und ein zweites Ende des Bandkabels ist mit Verbindungsleitungen verbunden, die aus dem Gehäuse heraus gehen. Die Verbindungsleitungen sind mit dem Aufprallsensor oder den Aufprallsensoren an einem stationären Ort des Fahrzeugs verbunden. Auf diese Weise ist die Entfaltungseinheit für den Airbag mit den Aufprallsensoren des Fahrzeugs verläßlich verbunden.

Wie vorstehend ausgeführt, wurden Uhrfedern ursprünglich entwickelt, um eine verläßliche Verbindung für Airbags zwischen dem Lenkrad und der Lenksäule zu liefern. Mit der Weiterentwicklung von Uhrfedern werden mehr und mehr Zusatz- und Instrumentensteuerungen auf dem Lenkrad angeordnet und benutzen folglich die Uhrfeder für elektrische Verbindungen zur Lenksäule. Diese zusätzlichen Bestandteile erhöhen die Anzahl von einzelnen, innerhalb des Bandkabels enthaltenen Signalleitungen. Zudem nehmen die Anforderungen des elektrischen Stroms für einzelne Signalleitungen aufgrund der in das Lenkrad eingebauten Hochstromvorrichtungen ebenfalls zu.

Verbraucher wünschen fortwährend mehr und mehr Komforteigenschaften bei ihren Fahrzeugen. So ist beispielsweise eine Hochstromvorrichtung oder Ausführungsform, die möglicherweise am Lenkrad zugefügt werden kann, ein Heizelement. Ein herkömmliche Uhrfeder ist für die Handhabung einer derartigen Hochstromvorrichtung nicht ausgelegt. Normalerweise würde ein Schleifring benutzt werden, um elektrischen Hochstrom zwischen einem Lenkrad und einer Lenksäule zu übertragen. Leider neigen Schleifringe dazu, nicht annehmbare Lärmpegel zu erzeugen. Weiterhin verschleißen Schleifringe mit der Zeit, was zur Leistungsabnahme führt.

Da Uhrfedern gewöhnlich dünne Bandkabel mit Niederstromverdrahtung benutzen, kann ein Durchfluß von Hochströmen durch Uhrfedern potentiell gefährlich sein. Ein ungesteuerter Hochstrom in einer Uhrfeder kann das Fahrzeug und seine Instrumente beschädigen. Weiterhin kann der resultierende Schaden an der Uhrfeder wahrscheinlich einen Hauptzweck der Uhrfeder zunichte machen: eine verläßliche, elektrische Verbindung für das Airbag-Sicherheitssystem zu liefern. Außerdem kann ein derart ungesteuerter Strom ein Feuer verursachen, das das Fahrzeug beschädigt und einen Fahrer oder Passagier ernsthaft verletzt.

Folglich gibt es einen Bedarf nach einem System zur Überwachung und zur Steuerung von Hochstromvorrichtungen, bei dem Uhrfedern eingesetzt werden.

Zusammenfassung der Erfindung

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, dass herkömmliche Uhrfedern mit einer kleiner Modifikation Hochstromvorrichtungen sicher handhaben können.

Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Stromfluß durch Uhrfedern von Hochstromvorrichtungen zu überwachen.

Eine zusätzliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, dass eine herkömmliche Uhrfeder bei minimalen Kosten zur Handhabung von Hochstromvorrichtungen modifiziert werden kann.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, dass eine Uhrfeder sich automatisch in die Ausgangsstellung zurücksetzen kann, wenn ein Hochstromgrenzwert durch die Uhrfeder überschritten wird.

Außerdem ist eine besondere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dass eine Uhrfeder eine elektrische Verbindung für ein Heizelement in einem beheizten Lenkrad liefern kann.

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird eine Uhrfeder zum Antreiben eines beheizten Lenkrads geliefert, die eine zwischen dem Heizelement und einer Energiequelle für das Heizelement in Reihe geschaltete, wiedereinstellbare Sicherung aufweist. Falls eine bestimmte Strombegrenzung überschritten wird, schaltet sich die Sicherung aus und unterbricht den an das Heizelement Energie-liefernden Kreislauf. Nach dem Abkühlen der wiedereinstellbaren Sicherung stellt die wiedereinstellbare Sicherung die Verbindung zwischen dem Heizelement und der Energiequelle für das Heizelement automatisch wieder her. Die wiedereinstellbare Sicherung kann leicht und ökonomisch in eine herkömmliche Uhrfeder eingebaut werden, wodurch eine herkömmliche Uhrfeder elektrische Verbindungen für Hochstromvorrichtungen, wie ein Lenkradheizelement, liefern kann. Außerdem liefert die vorliegende Erfindung eine verläßliche und kosteneffektive Sicherheitsvorrichtung zum Verhindern von Schaden an der Uhrfeder und an dem Fahrzeug und von ernsthafter Verletzung bei einem Fahrer oder einem Passagier.

Kurze Beschreibung der Figuren

Fig. 1 ist ein Querschnitt einer Uhrfeder, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung gestaltet ist;

Fig. 2 veranschaulicht ein flexibles Bandkabel, das in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung gestaltet ist;

Fig. 3 ist eine Schnittansicht der Uhrfeder, die eine in das Substrat der Uhrfeder eingebaute wiedereinstellbare Sicherung veranschaulicht;

Fig. 4 ist ein Schaltplan einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht einer wiedereinstellbaren Sicherung, die in der vorliegenden Erfindung benutzt werden kann.

Detaillierte Beschreibung der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen zeigt Fig. 1 eine Querschnittsansicht einer Uhrfeder 10, die erfindungsgemäß aufgebaut ist. Die Uhrfeder 10 umfasst einen Rahmen 12 mit einem Gehäuse 14. Der Rahmen 12 umfasst Montageklammern 16 mit Befestigungslöchern 18. Die Innenseite des Gehäuses 14 ist durch eine radiale Wand 20 und eine innere Rückseite 22 ausgelegt. Eine drehbare Nabe 24 ist im Mittelpunkt der Uhrfeder 10 angeordnet. Die drehbare Nabe 24 umfasst eine Hauptstütze 26 zum Sichern eines ersten Endes 28 eines Bandkabels 32. Eine Öffnung 30 ist im Mittelpunkt der Uhrfeder 10 angeordnet, so dass die Uhrfeder 10 um die Lenksäule eines Fahrzeugs angeordnet werden kann. Das Bandkabel 32 ist flexibel und ist oft genug um die Nabe 24 gewickelt, so dass eine Lenksäule so oft wie erforderlich gedreht werden kann, um die Vorderräder eines Fahrzeugs von einer vollständigen Linksdrehung zu einer vollständigen Rechtsdrehung zu drehen.

Fig. 2 zeigt das Bandkabel 32 getrennt von der Uhrfeder 10. Das Bandkabel 32 ist relativ flach und enthält zahlreiche einzelne Signalleitungen oder Kanäle 34, die einzelne, isolierte Drähte sind. In der veranschaulichten Ausführungsform sind acht Signalleitungen 34 vorhanden. Natürlich können verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mehr oder weniger Signalleitungen 34 innerhalb des Bandkabels 32 umfassen. Das erste Ende 28 des Bandkabels 32 ist an einer Steckverbindung 36 befestigt, die derart aufgebaut ist, so dass sie in die Hauptstütze 26 der Nabe 24 gesteckt werden kann. Die Steckverbindung 36 umfasst metallische Steckstifte 37. Das zweite Ende 38 des Bandkabels 32 weist freigelegte Signalleitungsdrähte 40 auf, die mit Kontakten 42 verbunden werden sollen (Fig. 1).

Unter erneuter Bezugnahme auf Fig. 1 sind die freigelegten Signalleitungsdrähte 40 des Bandkabels 32 mit den Kontakten 42 verbunden. Die Kontakte 42 sind vorzugsweise Kupferanschlüsse, die mit den Verbindungsleitungen oder leitenden Spuren 44 in einem Substrat 46 der Uhrfeder 10 elektrisch verbunden sind. Die leitenden Spuren 44 sind vorzugsweise in das Substrat 46 geätzte Kupferfäden. Die leitenden Spuren 44 sind durch Schnitte 43 und 45 in das Substrat 46 sichtbar. Die Kontakte 18 sind mit den gegenüberliegenden Enden der leitenden Spuren 44 elektrisch verbunden. Die Kontakte 48 sind vorzugsweise Kupferfahnen oder - streifen, die in eine Steckverbindung oder andere elektrische Aufnahme eingeführt werden können.

Jede leitende Spur 44 entspricht einem bestimmten Kanal 34 in dem Bandkabel 32. Die Signalleitungen 34 können elektrische Signale für zahlreiche Vorrichtungen auf einem Lenkrad eines Fahrzeugs übertragen. Beispielsweise können diese Vorrichtungen einen Tempomat, Fahrtrichtungsanzeiger, Windschutzscheibenwischersteuerung, Hupensteuerung und natürlich Entfaltungssignale für ein Airbag-Unfallsystem umfassen. Weiterhin können die Signalleitungen 34 ebenfalls Signale für Hochstromvorrichtungen, wie ein Heizelement für ein Lenkrad, übertragen. Ein Heizelement für ein Lenkrad kann Strom von über 10 Ampere ziehen. Ein Hochstrom kann die Uhrfeder und das Auto ernsthaft beschädigen und sogar den Fahrer oder Passagier ernsthaft verletzen, wenn er unbegrenzt und unüberwacht gelassen wird.

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist eine wiedereinstellbare Sicherung an jeder der Signalleitungen der Uhrfeder elektrisch in Reihe geschaltet, die potentiell einen unerwünscht hohen Strom ziehen können. Wenn ein bestimmter Strom überschritten wird, unterbricht die wiedereinstellbare Sicherung zeitweise die elektrische Verbindung für jene Signalleitung, um Schaden zu verhindern. In Übereinstimmung mit einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung stellt die wiedereinstellbare Sicherung eine vorher unterbrochene Verbindung nach einer Zeitdauer automatisch wieder her und beseitigt dadurch den Bedarf nach einer kostenaufwendigen und lästigen manuellen Instandhaltung, um die Sicherung zu ersetzen oder eine unterbrochene Verbindung wieder herzustellen.

Fig. 1 veranschaulicht eine wiedereinstellbare Sicherung 50, die mit der leitenden Spur 52 (schattiert und in Schnitt 54 gezeigt) elektrisch verbunden ist. Die leitende Spur 52 verbindet elektrisch den bestimmten Kupferanschluß 56 der Verbindungseinrichtung 41 mit dem bestimmten Kontaktanschluß 60 des Verbindungssteckers 58. Der Verbindungsstecker 58 umfasst die Kontakte 60 und 62, die mit einer elektrischen Aufnahme verbunden werden können.

In der veranschaulichten Ausführungsform von Fig. 1 ist die mit der leitenden Spur 52 verbundene Signalleitung 34 dazu ausgelegt, Strom für eine Hochstromvorrichtung zu übertragen und zu überwachen. In Übereinstimmung mit der Erfindung, kann eine herkömmliche Uhrfeder bei minimalen Kosten durch Einbauen einer wiedereinstellbaren Sicherung zur Handhabung einer Hochstromvorrichtung in die erforderliche Signalleitung einer Uhrfeder modifiziert werden. Wenn der Strom in der Signalleitung 52 eine bestimmte Begrenzung, oder Temperatur wenn gewünscht, überschreitet, schaltet sich die wiedereinstellbare Sicherung 50 aus und unterbricht die elektrische Verbindung in der leitenden Spur 52. Nach einer Zeitdauer oder nach dem die Temperatur der wiedereinstellbaren Sicherung 50 heruntergegangen ist, stellt die wiedereinstellbare Sicherung 50 die elektrische Verbindung von der leitenden Spur 52 automatisch wieder her.

Fig. 3 veranschaulicht eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein Substrat 66 mit neun leitenden Spuren 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78 und 79 ist gezeigt. Das Substrat 66 ist an einem starren Grundbrett oder an einer starren Grundplatte 67 einer Uhrfeder gesichert. Das Grundbrett 67 kann aus Kunststoff, Metall oder anderen geeigneten Material hergestellt sein. Die leitenden Spuren 71-79 sind in einem Schnitt 80 des Substrats 66 gezeigt. Die leitenden Spuren 71-79 sind mit den Kontaktanschlüssen 82-90 elektrisch verbunden, welche vorzugsweise aus Kupfer bestehen. Die Kontaktanschlüsse 82-90 sind auf einer Steckverbindung 92 angeordnet, die in eine passende Hülse oder Aufnahme eingeführt werden soll. Eine mit der leitenden Spur 75 in Reihe geschaltete, wiedereinstellbare Sicherung 94 ist gezeigt.

Fig. 4 veranschaulicht ein Blockverdrahtungsschema 96 einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Uhrfeder. In dieser Ausführungsform weist die Uhrfeder sieben Signalleitungen 101-107 auf. Ein Blockdiagramm eines flachen Bandkabels 97 ist gezeigt. Airbag-Signalleitungen 101-104 sind veranschaulicht und ebenfalls ist die einer Hupe des Fahrzeugs entsprechende Signalleitung 105 veranschaulicht. Die veranschaulichten Signalleitungen 106 und 107 entsprechen einem beheizten Lenkradelement. Eine auf Signalleitung 106 in Reihe geschaltete, wiedereinstellbare Sicherung 98 ist gezeigt.

Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer wiedereinstellbaren Sicherung 110, die in der vorliegenden Erfindung benutzt werden kann. Die wiedereinstellbare Sicherung 110 ist in einem Substrat 112 ausgebildet und umfasst einen Sicherungsbereich 114, der in Kontakt mit gegenüberliegenden, elektrischen Anschlußstellen 116 und 118 ist. Der Sicherungsbereich 114 kann aus einem Reaktionsmaterial, beispielsweise Polyethylenglykol und einem Diepoxid, gebildet werden. Die Anschlußstellen 114 und 116 können aus mit Silber gefüllten Epoxidharz gebildet werden. Eine detaillierte Erklärung einer wiedereinstellbaren Sicherung, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, wird in der US-P- 5,963,121, an Stygar et al. am 5. Oktober 1999 erteilt, geliefert, die unter Bezugnahme hier mit aufgenommen wird.

Es ist klar, dass die vorstehende Beschreibung lediglich eine Offenbarung von besonderen Ausführungsformen ist und in keiner Weise beabsichtigt, den Schutzumfang der Erfindung zu begrenzen. Andere mögliche Modifikationen werden für den Fachmann offensichtlich sein, wobei alle davon durch die folgenden Ansprüche abgedeckt sein sollen.

Claims

1. Uhrfeder, umfassend:
ein Bandkabel mit mindestens einer ersten Signalleitung, und
eine zu der ersten Signalleitung in Reihe geschaltete Sicherung.

2. Uhrfeder gemäß Anspruch 1, weiter umfassend:
ein Gehäuse,
eine Nabe zum Aufwickeln des Bandkabels,
wobei ein erstes Ende des Bandkabels mit der Nabe und ein zweites Ende des Bandkabels mit dem Gehäuse verbunden ist.

3. Uhrfeder gemäß Anspruch 1, wobei die Sicherung eine wiedereinstellbare Sicherung ist.

4. Uhrfeder gemäß Anspruch 1, wobei das Bandkabel im Wesentlichen flach und flexibel ist.

5. Uhrfeder gemäß Anspruch 1, wobei das Bandkabel weiter umfasst: mindestens eine zweite Signalleitung.

6. Uhrfeder gemäß Anspruch 5, weiter umfassend: eine zu der mindestens einen zweiten Signalleitung in Reihe geschaltete, zweite Sicherung.

7. Uhrfeder gemäß Anspruch 2, wobei das Gehäuse weiter umfasst: eine an das zweite Ende des Bandkabels anschließende, erste Verbindungseinrichtung zum Verbinden der ersten Signalleitung mit dem Gehäuse.

8. Uhrfeder gemäß Anspruch 7, wobei das Gehäuse weiter umfasst: ein Substrat zum Sichern der ersten Verbindungseinrichtung und der Sicherung an dem Gehäuse, wobei das Substrat mindestens eine leitfähige Spur und eine zweite Verbindungseinrichtung umfasst, wobei die mindestens eine leitfähige Spur eine elektrische Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Verbindungseinrichtung bereitstellt.

9. Uhrfeder gemäß Anspruch 8, wobei die Sicherung zwischen der ersten und der zweiten Verbindungseinrichtung über die mindestens eine leitfähige Spur in Reihe geschaltet ist.

10. Uhrfeder gemäß Anspruch 9, wobei die Sicherung auf dem Substrat angeordnet ist.

11. Uhrfeder gemäß Anspruch 10, wobei die Sicherung wiedereinstellbar ist und ein Sicherungsbereich der wiedereinstellbaren Sicherung von einem Gemisch eines Reaktionsproduktes von Polyethylenglycol und Diepoxid umfasst ist.

12. Uhrfeder gemäß Anspruch 11, wobei die mindestens eine leitfähige Spur im Wesentlichen aus auf dem Substrat angeordneten Kupfer zusammengesetzt ist.

13. Uhrfeder gemäß Anspruch 2, wobei die Sicherung zwischen der Nabe und dem ersten Ende des Bandkabel in Reihe geschaltet ist.

14. Uhrfeder gemäß Anspruch 1, wobei das Bandkabel weiter mehrere Signalleitungen umfasst.

15. Uhrfeder gemäß Anspruch 2, wobei die erste Signalleitung elektrische Signale an ein Heizelement in einem Lenkrad eines Fahrzeugs überträgt.

16. Uhrfeder gemäß Anspruch 3, weiter umfassend:
eine zweite Signalleitung in dem Bandkabel, und
eine mit der zweiten Signalleitung in Reihe geschaltete, zweite, wiedereinstellbare Sicherung.

17. Uhrfeder gemäß Anspruch 1, weiter umfassend: eine Steckverbindung mit mindestens einem mit der Sicherung elektrisch verbundenen Steckstift, wobei die Steckverbindung anschließend an ein Ende des Bandkabels verbunden ist und wobei die Sicherung innerhalb der Steckverbindung angeordnet ist.

18. Uhrfeder gemäß Anspruch 2, wobei die Sicherung in der Nabe angeordnet ist.

19. Uhrfeder für eine Lenksäule eines Fahrzeugs, umfassend:
ein Gehäuse,
eine an dem Gehäuse drehbar angebrachte Nabe,
ein Bandkabel mit mehreren Signalleitungen, die zwischen dem Gehäuse und der Nabe elektrische Verbindungen bereitstellen, wobei mindestens eine Signalleitung mit einem Heizelement in dem Lenkrad eines Fahrzeugs verbunden sein soll, und
eine wiedereinstellbare Sicherung, die mit der mindestens einen Signalleitung in Reihe geschaltet ist und zwischen dem Heizelement in dem Lenkrad und einer Energiequelle für das Heizelement elektrisch angeordnet sein soll.

20. Verfahren zum Liefern von potentiell hohen Stromsignalen an eine elektrische Vorrichtung über eine Uhrfeder, umfassend die Schritte:
Definieren einer annehmbaren Strombegrenzung, die über eine Signalleitung einer Uhrfeder übertragen werden soll,
Durchleiten von Stromsignalen über die Signalleitung und durch eine mit der elektrischen Vorrichtung und der Uhrfeder in Reihe geschaltete, wiedereinstellbare Sicherung,
Überschreiten des annehmbaren Stroms über die Signalleitung,
Ausschalten der wiedereinstellbaren Sicherung als ein Ergebnis davon, dass die bestimmte Strombegrenzung überschritten wurde, und dadurch Unterbrechen einer durch die Signalleitung bereitgestellten, elektrischen Verbindung, und
automatisches Wiederherstellen der durch die Signalleitung bereitgestellten, elektrischen Verbindung nach einem Zeitabschnitt.