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Die Erfindung betrifft eine Übertragungsvorrichtung zum Übertragen eines elektrischen Stroms zu einer Komponente eines Lenkrades eines Kraftfahrzeuges gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum Übertragen eines elektrischen Stroms an eine Lenkradkomponente gemäß Anspruch 13.
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Aus dem Stand der Technik sind Übertragungsvorrichtungen bekannt, mit denen insbesondere stationär an einer Fahrzeugkarosserie angeordnete elektrische oder elektronische Komponenten (z. B. eine Steuereinheit und/oder eine Stromquelle) mit Komponenten eines Lenkrades, die sich bei Drehen des Lenkrades mitbewegen, elektrisch verbunden werden. Insbesondere werden mit einer derartigen Übertragungsvorrichtung am Lenkrad angeordnete elektrische oder elektronische Komponenten (wie z. B. eine Zündeinheit eines Airbagmoduls, ein Elektromotor eines Überlagerungsantriebs und/oder elektrische Schalter) mit Strom versorgt. Ein Beispiel für eine derartige Übertragungsvorrichtung ist in der
DE 4111 699 C2 beschrieben.
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Zudem ist aus der
DE 602 00 061 T2 die Temperaturüberwachung eines Drehverbinders mittels eines Temperatursensors bekannt.
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Darüber hinaus offenbart die
DE 10 2008 030 730 A1 eine Vorrichtung zur Messung der Temperatur einer Leitung oder eines Leitungsbündels, wobei die Temperaturmessung mit Hilfe einer von einem Messstrom durchflossenen Messleitung, die eine Vielzahl von einer Potentialmessung dienenden Abgriffen aufweist, erfolgt.
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Außerdem zeigt die
US 4 083 001 A ein Verfahren zur Bestimmung des Temperaturwertes eines Leitungselementes über eine Strom- und Spannungsmessung sowie über das physikalische Modell eines positiv temperaturabhängigen Widerstandes.
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Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Problem besteht darin, eine Übertragungsvorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, mit denen eine möglichst sichere Übertragung eines elektrischen Stromes zu einer in einem Lenkrad angeordneten Komponente ermöglicht wird.
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Dieses Problem wird durch die Übertragungsvorrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 sowie durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Danach wird eine Übertragungsvorrichtung zum Übertragen eines elektrischen Stroms zu einer Komponente eines Lenkrades eines Kraftfahrzeuges bereitgestellt, mit
- – einem Rotor, der so an dem Lenkrad anzuordnen ist, dass er gemeinsam mit dem Lenkrad drehbar ist;
- – einem Stator, der an einer gegenüber einer Drehbewegung des Lenkrads stationären Komponente des Fahrzeugs anzuordnen ist;
- – mindestens einem Leiterelement, über das der Rotor elektrisch mit dem Stator verbunden ist; und
- – einer Spannungsbestimmungseinrichtung zum Bestimmen eines Spannungsabfalls über mindestes einen Abschnitt des Leiterelementes, wobei
- – die Spannungsbestimmungseinrichtung ausgebildet ist, einen Spannungsabfall über einen ersten Abschnitt des Leiterelementes, über den der Komponente des Lenkrades Strom zuführbar ist, und einen Spannungsabfall über einen zweiten Abschnitt des Leiterelementes, über den von der Komponente des Lenkrades Strom abführbar ist, zu bestimmen, wobei die Übertragungsvorrichtung eine Steuereinheit aufweist, die ausgebildet ist, die über den ersten und den zweiten Abschnitt des Leiterelementes gemessenen Spannungsabfälle miteinander zu vergleichen und den Strom durch das Leiterelement zu reduzieren oder zu unterbrechen, wenn die gemessenen Werte für die Spannungsabfälle unterschiedlich sind.
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Die Spannungsbestimmungseinrichtung dient insbesondere dazu, eine Störung des Leiterelements (z. B. einen Leiterbruch) zu erkennen. Die Steuereinheit vorhanden steuert den Strom über das Leiterelement in Abhängigkeit von der mittels der Spannungsbestimmungseinrichtung bestimmten Spannung; z. B. reduziert oder unterbricht sie den Strom, wenn die von der Spannungsbestimmungseinrichtung gemessene Spannung auf eine Beschädigung des Leiterelementes hindeutet.
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Die Übertragungsvorrichtung kann zudem eine wie oben beschriebene Temperaturbestimmungsvorrichtung zum Bestimmen der Temperatur des Leiterelements oder im Bereich des Leiterelements aufweisen, so dass die Bestimmung des Spannungsabfalls mit der Temperaturmessung kombiniert werden kann. Insbesondere ist die Steuerung ausgebildet, in Abhängigkeit von der durch die Temperaturbestimmungsvorrichtung bestimmten Temperatur und/oder der durch die Spannungsbestimmungseinrichtung bestimmten Spannung einen Strom durch das Leiterelement zu steuern.
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Die Spannungsbestimmungseinrichtung ist ausgebildet, einen Spannungsabfall über einen ersten Abschnitt des Leiterelementes, über den der Komponente im Lenkrad Strom zugeführt wird, und/oder einen Spannungsabfall über einen zweiten Abschnitt des Leiterelementes, über den von der Komponente im Lenkrad Strom abgeführt wird, zu bestimmen. Insbesondere erstreckt sich der erste Abschnitt des Leiterelementes von einem Eingangsanschluss bis zu einem Ausgang, der mit der Komponente verbunden ist. Der zweite Abschnitt des Leiterelementes erstreckt sich z. B. zwischen einem mit der Komponente verbundenen Eingangsanschluss des Leiterelementes und einem Ausgang. Beispielsweise handelt es sich bei der Komponente um eine Steuerungseinrichtung, mit der z. B. weitere elektronische oder elektrische Komponenten („Verbraucher”) des Lenkrades verbunden sind.
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Die Steuereinheit, die den Strom durch das Leiterelement steuert, ist so beschaffen, dass sie den über den ersten und den zweiten Abschnitt des Leiterelements gemessenen Spannungsabfall miteinander vergleicht und z. B. den Strom durch das Leiterelement reduziert oder unterbricht, wenn die gemessen Werte für den Spannungsabfall unterschiedlich sind, z. B. kann ein Defekt des ersten (stromzuführenden) Abschnitts des Leiterelementes erkannt werden, wenn der Spannungsabfall über den ersten Abschnitt größer ist als der Spannungsabfall über den zweiten (stromabführenden) Abschnitt.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Übertragungsvorrichtung eine Temperaturbestimmungsvorrichtung zum Bestimmen der Temperatur des Leiterelements oder im Bereich des Leiterelements.
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Der Rotor ist – bezogen auf den montierten Zustand der Übertragungsvorrichtung – insbesondere an dem Lenkrad festgelegt, so dass er bei einer Rotation des Lenkrades mit diesem um die Lenkachse des Lenkrades mitrotiert. Der Stator hingegen ist an einer stationären Baugruppe des Fahrzeugs festegelegt, so dass er sich bei Rotation des Lenkrades nicht mitdreht; beispielsweise ist der Stator an einer Lenksäulenverkleidung des Fahrzeugs befestigt.
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Bei dem Leiterelement handelt es sich insbesondere um ein Leiterband, d. h. um einen flachen, flexiblen Träger, auf dem mindestens eine Leiterbahn angeordnet (z. B. aufgedruckt) ist. Insbesondere werden auf dem flexiblen Träger mehrere Leiterbahnen, z. B. auch auf dessen Vorder- und Rückseite, angeordnet sein. Eine Übertragungsvorrichtung mit einem Stator und einem Rotor, die über eine derartige flexible Leiterbahn miteinander verbunden sind, ist z. B. in der
EP 1 257 438 B1 beschrieben, auf die insofern ausdrücklich Bezug genommen wird. Es ist natürlich auch möglich, dass andere Arten von Leiterelementen verwendet werden, z. B. ein Leiterdraht oder mehrere separate Drähte.
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Die Temperaturbestimmungsvorrichtung umfasst mindestens einen Temperatursensor, der z. B. an dem Leiterelement angeordnet ist. Beispielsweise wird als Temperatursensor ein Thermoelement verwendet, das an dem Leiterelement festgelegt wird, z. B. stoffschlüssig mit dem Leiterelement verbunden wird. Als Temperatursensor können natürlich auch andere Arten von Sensoren verwendet werden, z. B. Widerstandselemente oder Wärmefühler mit einem Schwingquarz. Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf eine bestimmte Art von Temperatursensoren festgelegt, sondern es können im Prinzip beliebige Arten von Temperatursensoren verwendet werden, etwa berührungslose Sensoren wie z. B. faseroptische Temperatursensoren.
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Insbesondere ist mindestens ein Temperatursensor der Temperaturbestimmungsvorrichtung an einem rotorseitigen Ende des Leiterelementes und/oder ein mindestens ein Temperatursensor an einem statorseitigen Ende des Leiterelementes angeordnet. Falls das Leiterelement als Leiterband ausgebildet ist, so kann am rotorseitigen Ende und/oder am statorseitigen Ende des Leiterbandes ein Übergangselement (z. B. in Form eines Stanzbleches) vorgesehen sein, über das das Leiterband mit einem Steckerelement verbunden ist. Der Temperatursensor (bzw. die mehreren Temperatursensoren) können an dem Übergangselement selber oder im Bereich des Übergangselementes an dem Leiterband angeordnet (insbesondere dort festgelegt) sein. Darüber hinaus ist denkbar, dass mindestens ein Temperatursensor an dem Rotor und/oder mindestens ein Temperatursensor an dem Stator angeordnet ist.
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Das Leiterelement ist insbesondere aufwickelbar, wofür der Rotor beispielsweise eine Wickelfläche ausformt, auf die das Leiterelement aufgewickelt (aufgespult) werden kann. Der Temperatursensor (bzw. die mehreren Temperatursensoren) sind insbesondere so angeordnet, dass eine Temperatur des Leiterbandes sowohl für den Fall bestimmt werden kann, dass das Leiterelement zumindest näherungsweise vollständig auf die Wickelfläche des Rotors aufgewickelt ist, als auch für den Fall, dass das Leiterelement vollständig von der Wickelfläche des Rotors abgewickelt ist und z. B. an einer Fläche des Stators anliegt. Beispielsweise ist hierfür mindestens ein Temperatursensor an dem Rotor und mindestens ein Temperatursensor an dem Stator angeordnet.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Übertragungsvorrichtung eine Überwachungsvorrichtung zum Ermitteln einer Stromstärke eines durch das Leiterelement fließenden Stromes, eines Spannungsabfalls über das Leiterelement und/oder einer bei der Stromübertragung über die Übertragungsvorrichtung auftretenden Verlustleistung.
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Insbesondere ist denkbar, dass die Temperaturbestimmungsvorrichtung ausgebildet ist, anhand von Informationen der Überwachungsvorrichtung bezüglich der ermittelten Stromstärke, der Spannung und/oder der Verlustleistung unter Verwendung eines (numerischen) Temperaturmodells für die Übertragungsvorrichtung die Temperatur des Leiterelements zu bestimmen. D. h. die Temperaturbestimmung erfolgt indirekt anhand des gemessenen Stromes (d. h. der gemessenen Stromstärke), der Spannung und/oder der Verlustleistung. Insbesondere kann eine derartige Temperaturbestimmung auch ohne die Verwendung eines Temperatursensors erfolgen. Natürlich kann die Stromstärke, der Spannungsabfall und/oder die Verlustleistung auch zusätzlich zu einer unmittelbaren Temperaturmessung ermittelt werden.
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Die Steuereinheit kann in Abhängigkeit von der bestimmten Temperatur des Leiterelementes, der Stromstärke eines durch das Leiterelement fließenden Stromes, des Spannungsabfalls über das Leiterelement und/oder der Verlustleistung einen Strom durch das Leiterelement steuern. Beispielsweise ist diese Steuereinheit so ausgebildet, dass sie in das Lenkrad des Fahrzeugs integriert werden kann.
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Des Weiteren kann die Steuereinheit ausgebildet sein, bei Überschreiten eines vorgebbaren Grenzwertes der Temperatur einen Strom durch das Leiterelement zu reduzieren oder zu unterbrechen. Durch diese Maßnahme ist es möglich, einer Zerstörung des Leiterelementes durch zu hohe Temperaturen entgegenzuwirken. Das Reduzieren oder Unterbrechen des Stromes kann z. B. dadurch erfolgen, dass die Steuereinheit ein entsprechendes Steuersignal an zumindest einige der über die Übertragungsvorrichtung versorgte Komponenten (Verbraucher) im Lenkrad sendet. Hierfür ist die Steuereinheit insbesondere über ein Bussystem (z. B. in Form eines „Local Interconnect Network” (lokales Verbindungsnetzwerk) – LIN oder eines „Controller Area Network” (Feldnetzwerk für Steuerungen) – CAN) mit dem Verbraucher im Lenkrad verbunden. Es ist auch möglich, dass die Steuereinheit einen Schalter steuert, mit dem der Stromfluss über das Leiterelement unterbrochen werden kann.
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Des Weiteren ist denkbar, dass die Steuereinheit einen bestimmten zeitlichen Temperaturverlauf unter Verwendung eines Temperaturmodells der Übertragungsvorrichtung extrapoliert, so dass z. B. ermittelbar ist, ob die Temperatur eine zulässige Maximaltemperatur überschreiten wird und wenn ja, zu welchem Zeitpunkt dies erfolgen wird. Beispielsweise ist die Steuereinheit so ausgebildet, dass sie den Strom eines durch das Leiterelement fließenden Stromes reduziert oder unterbricht, wenn der extrapolierte Temperaturverlauf einen vorgebbaren Grenzwert überschreitet. Mit anderen Worten bestimmt die Steuereinheit den zukünftigen Temperaturverlauf und reduziert den Strom durch das Leiterelement, wenn der zukünftige Temperaturverlauf den vorgegebenen Grenzwert (z. B. innerhalb einer vorgebbaren Zeitspanne) überschreiten wird.
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Es ist auch denkbar, dass Parameter des Temperaturmodells unter Verwendung eines Messwertes für eine Stromstärke eines durch das Leiterelement fließenden Stromes, eines Messwertes für einen Spannungsabfall über das Leiterelement und/oder eines Messwertes für eine Verlustleistung eines Stromes durch das Leiterelement bestimmt und somit ein Temperaturverlauf für das Leiterelement simuliert wird. Sollte dieser simulierte Temperaturverlauf einen vorgebbaren Grenzwert überschreiten, könnte die Steuereinheit den Strom über die Übertragungsvorrichtung reduzieren oder unterbrechen.
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Die Erfindung betrifft auch ein Lenkrad mit einer wie oben beschrieben ausgebildeten Übertragungsvorrichtung.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Übertragen des elektrischen Stroms zu einer Komponente eines Lenkrades eines Kraftfahrzeuges, insbesondere unter Verwendung einer wie oben beschriebenen Vorrichtung, mit den Schritten:
- – Bereitstellen eines Rotors, der so an dem Lenkrad anzuordnen ist, dass er gemeinsam mit dem Lenkrad drehbar ist;
- – Bereitstellen eines Stators, der an einer gegenüber einer Drehbewegung des Lenkrads stationären Komponente des Fahrzeugs anzuordnen ist;
- – Bereitstellen mindestens eines Leiterelements, über das der Rotor elektrisch mit dem Stator verbunden ist; und
- – Ermitteln der Temperatur des Leiterelements oder im Bereich des Leiterelements mittels einer zum Leiterelement separaten Vorrichtung, und
- – Bereitstellen einer Spannungsbestimmungseinrichtung zum Bestimmen eines Spannungsabfalls über mindestens zwei Abschnitte des Leiterelementes, wobei die Spannungsbestimmungseinrichtung ausgebildet ist, einen Spannungsabfall über einen ersten Abschnitt des Leiterelementes, über den der Komponente des Lenkrades Strom zuführbar ist, und einen Spannungsabfall über einen zweiten Abschnitt des Leiterelementes, über den von der Komponente des Lenkrades Strom abführbar ist, zu bestimmen, und
- – Bereitstellen einer Steuereinheit, die ausgebildet ist, die über den ersten und den zweiten Abschnitt des Leiterelementes gemessenen Spannungsabfälle miteinander zu vergleichen und den Strom durch das Leiterelement zu reduzieren oder zu unterbrechen, wenn die gemessenen Werte für die Spannungsabfälle unterschiedlich sind.
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Insbesondere kann unter Verwendung eines Temperaturmodells ein zeitlicher Temperaturverlauf der Leiterelementtemperatur simuliert oder durch Extrapolation eines gemessenen Temperaturverlaufs bestimmt werden, wobei der auf diese Weise bestimmte Temperaturverlauf mit einem vorgegebenen Grenzwert der Temperatur verglichen wird und ein Strom durch das Leiterelement reduziert oder unterbrochen wird, falls der Temperaturverlauf den Grenzwert überschreitet.
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Alternativ oder zusätzlich ist auch denkbar, dass eine räumliche Temperaturextrapolation erfolgt, d. h. ausgehend von einer bekannten Temperatur an einem ersten Abschnitt der Übertragungsanordnung wird unter Verwendung eines Temperaturmodells für die Übertragungsvorrichtung eine Temperatur für einen zweiten, zum ersten Abschnitt beabstandeten Abschnitt der Übertragungsanordnung bestimmt. Der erste und/oder der zweite Abschnitt sind z. B. Abschnitte des Leiterelementes. Beispielsweise ist es auf diese Weise möglich, dass ein Temperatursensor nicht unmittelbar an dem Leiterelement angebracht wird, sondern mit einem Abstand zu diesem und dennoch eine Bestimmung der Temperatur des Leiterelementes erfolgen kann.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Übertragungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 den Verlauf der Temperatur an unterschiedlichen Orten der Übertragungsvorrichtung sowie den zeitlichen Verlauf der Verlustleistung;
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3 gemessene Temperaturverläufe im Vergleich mit berechneten Temperaturverläufen;
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4 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Übertragungsvorrichtung; und
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5 schematisch eine erfindungsgemäße Übertragungsvorrichtung mit einer Spannungsbestimmungseinrichtung.
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Die in 1 gezeigte erfindungsgemäße Übertragungsvorrichtung 1 (Kontakteinheit) weist einen an einem Lenkrad (nicht dargestellt) zu befestigenden Rotor 2 auf, der über ein Leiterelement in Form eines flexiblen und flachen Leiterbandes 4 mit einem Stator 3 elektrisch verbunden ist. Der Stator 3 ist an einer stationären Komponente (nicht dargestellt) des Fahrzeugs festzulegen, so dass er sich im Unterschied zum Rotor 2 bei einer Rotation des Lenkrades nicht mitdrehen wird. Das Leiterband 4 kann auf eine Wickelfläche 21 des Rotors aufgewickelt werden, wobei 1 das Leiterband 4 in einem Zustand zeigt, in dem es nahezu vollständig auf die Wickelfläche 21 aufgewickelt ist.
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Des Weiteren umfasst die Übertragungsvorrichtung 1 eine Temperaturbestimmungsvorrichtung, die einen Temperatursensor 5 (z. B. in Form eines Widerstandselementes oder eines Thermoelementes) aufweist. Der Temperatursensor 5 ist im gezeigten Beispiel an dem Rotor 2 befestigt und dient insbesondere dazu, die Temperatur (zumindest eines Bereiches) des Leiterbandes 4 in seinem aufgewickelten Zustand zu bestimmen. Die elektrischen Zuleitungen zum Temperatursensor 5 sind in 1 nur schematisch dargestellt. Es ist selbstverständlich möglich, dass die Zuleitungen auf andere Weise verlaufen; z. B. könnte die elektrische Anbindung des Temperatursensors 5 auch über eine Leiterbahn des Leiterbandes 4 erfolgen.
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Es ist darüber hinaus auch denkbar, dass die Temperaturbestimmungsvorrichtung weitere Temperatursensoren umfasst; z. B. kann zumindest ein Temperatursensor auch an dem Stator 3 angeordnet sein, so dass die Temperatur des Leiterbandes 4 auch bestimmt werden kann, wenn dieses vollständig von der Wickelfläche 21 abgewickelt ist und z. B. an einer Oberfläche des Stators 3 anliegt.
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Die Übertragungsvorrichtung weist insbesondere auch eine Überwachungsvorrichtung zum Ermitteln der Stromstärke eines durch das Leiterelement 4 fließenden Stromes auf, wobei beispielsweise die Stromstärke eines durch eine der Leiterbahnen des Leiterbandes fließenden Stromes gemessen wird. Es ist natürlich auch denkbar, dass die Überwachungsvorrichtung dazu ausgebildet ist, die Stromstärke der durch einige oder alle der Leiterbahnen des Leiterbandes fließenden Ströme zu ermitteln. Des Weiteren kann die Überwachungsvorrichtung dazu vorgesehen sein, einen Spannungsabfall über das Leiterband hinweg und/oder eine Verlustleistung, die beim Energieübertrag über das Leiterband entsteht, zu ermitteln.
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Die Überwachungsvorrichtung ist insbesondere als elektronischer Schaltkreis ausgebildet, der beispielsweise (zumindest teilweise) am oder im Lenkrad positioniert wird oder an dem Rotor und/oder dem Stator angeordnet ist. Auch ist denkbar, dass der Rotor und/oder der Stator ein Gehäuse der Übertragungsvorrichtung ausbildet und der elektronische Schaltkreis innerhalb dieses Gehäuses platziert ist.
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Die Übertragungsvorrichtung 1 kann auch eine Steuereinheit (z. B. in Form eines elektronischen Schaltkreises nach Art einer „Electronic Control Unit” (elektronische Steuereinheit) – ECU) aufweisen, die den Strom durch das Leiterband (bzw. durch nur einige der Leiterbahnen des Leiterbandes) in Abhängigkeit von der Temperatur des Leiterelementes, der Stromstärke des durch das Leiterelement hindurch fließenden Stromes, des Spannungsabfalls über das Leiterband und/oder der Verlustleistung steuert.
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Die Steuereinheit kann z. B. ebenso wie die Überwachungsvorrichtung an dem Rotor und/oder dem Stator oder an anderer Stelle im Lenkrad angeordnet sein. Es ist auch denkbar, dass die Überwachungsvorrichtung und die Steuereinheit in Form eines gemeinsamen elektronischen Bausteins ausgebildet sind. Es ist natürlich auch möglich, dass die Steuereinheit nicht im Lenkrad, sondern (z. B. zusammen mit der Bordelektronik) an anderer Stelle im Fahrzeug angeordnet ist.
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Die Steuereinheit ist insbesondere auch so beschaffen, dass sie unter Verwendung der mittels des Sensors 5 gemessenen Temperatur und z. B. weiterer Kenngrößen wie die angesprochene Verlustleistung oder den durch das Leiterband fließenden Strom bzw. den über das Leiterelement auftretenden Spannungsabfall einen zeitlichen Verlauf der Temperatur des Leiterbandes simuliert oder extrapoliert. Insbesondere veranlasst die Steuereinheit eine Reduzierung oder Unterbrechung des Stromes durch das Leiterband, wenn der simulierte oder extrapolierte Verlauf einen vorgebbaren Grenzwert überschreitet. Es ist natürlich auch denkbar, dass die Steuereinheit ohne Simulation oder Extrapolation eines Temperaturverlaufs den Strom durch das Leiterelement reduziert oder unterbricht, wenn die mittels des Sensors gemessene Temperatur einen Grenzwert übersteigt.
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2 zeigt verschiedene Temperaturverläufe, die mit an unterschiedlichen Positionen der Übertragungsvorrichtung angeordneten Temperatursensoren gemessen wurden. Die Kurve A bezieht sich auf die mittels eines im Bereich des Rotors angeordneten Temperatursensors ermittelte Temperatur, während sich die Kurve B auf eine Temperatur bezieht, die mit einem im Bereich des Stators angeordneten Sensor gemessen wurde. Weitere Sensoren befanden sich im luftgefüllten Volumen innerhalb des Rotors (Kurve C), zwischen Rotor und Stator (Kurve D), außen an einer (z. B. von dem Rotor oder dem Stator ausgebildeten) Abdeckung der Übertragungsvorrichtung (Kurve E) und außerhalb und beabstandet zur Übertragungsvorrichtung (Kurve F).
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Des Weiteren zeigt 2 die beim Stromtransport durch das Leiterband auftretende Verlustleistung (Kurve G), wobei das Leiterband eine Querschnittsfläche von 2 × 1,73 mm2 aufwies und ein Strom mit einer Stromstärke von 20 A über das Leiterband übertragen wurde.
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3 zeigt den Temperaturverlauf gemäß den Kurven A und B aus 2 (durchgezogene Linien). Zusätzlich wurde für die Übertragungsvorrichtung ein numerisches Temperaturmodell entwickelt, mit dem der zeitliche Verlauf der Temperatur im Leiterband berechnet werden kann (gestrichelte Linien). In das Modell können wie erwähnt gemessene elektrische Kenngrößen wie die Stromstärke, der Spannungsabfall und/oder die Verlustleistung eingehen. Auch ist denkbar, dass der gemessene Temperaturverlauf in das Modell eingeht, wobei Parameter des Modells an den gemessenen Temperaturverlauf angepasst (angefittet) werden können, um den gemessenen Temperaturverlauf zu extrapolieren.
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Damit ist es z. B. möglich, auf Basis eines für einen bestimmten Zeitraum bestimmten Temperaturverlaufs auf einen späteren Temperaturverlauf bzw. auf eine Temperatur zu einem späteren Zeitpunkt zu schließen. Insbesondere kann der extrapolierte oder simulierte Temperaturverlauf auch herangezogen werden, um zu überprüfen, ob die Temperatur im Leiterband zu einem späteren Zeitpunkt einen vorgebbaren Temperaturgrenzwert überschreiten wird. In diesem Fall könnte die Steuereinheit, insbesondere wenn das Überschreiten des Grenzwertes innerhalb eines ebenfalls vorgebbaren Zeitraums nach Inbetriebnahme der Übertragungsvorrichtung erfolgen wird, den Stromfluss durch das Leiterband unterbrechen oder zumindest reduzieren, um einer Zerstörung des Leiterbandes durch Temperatureinwirkung vorzubeugen.
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In 4 ist ein Ausführungsbeispiel der Übertragungsvorrichtung in einem Blockschaltbild dargestellt. Danach ist eine Einheit 6 aus Rotor, Stator, Leiterband, Temperaturbestimmungsvorrichtung (mit Ausgang „Rotor-Stator-Temperatur”) und einer Überwachungsvorrichtung (mit Ausgang „Spannungsabfall”) zum Ermitteln eines Spannungsabfalls über das Leiterband mit einer Steuereinheit 7 verbunden.
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Die Steuereinheit 7 ist wie oben beschrieben dazu ausgebildet, in Abhängigkeit von den Eingangsgrößen „Temperatur am Leiterband” und „Spannungsabfall über das Leiterband” einen Stromfluss durch das Leiterband zu unterbinden. Hierzu ist die Steuereinheit 7 mit einem Schalter 8 verbunden, der auf ein Steuersignal der Steuereinheit 7 hin in die Aus-Stellung schaltet, in der er den Stromfluss über das Leiterband unterbricht.
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Die Einheit 6 und die Steuereinheit 7 sind mit einer Stromquelle 9 des Fahrzeugs verbunden. Die Steuereinheit 7 kann zudem über das Leiterband Steuersignale an eine im Lenkrad untergebrachte weitere Steuereinheit 10 („Lenkrad-ECU”) senden, um eine Reduzierung der Leistungsaufnahme von im Lenkrad vorhandenen und über die ECU 10 gesteuerten Komponenten zu veranlassen. Beispielsweise wird die ECU 10 auf ein entsprechendes Steuersignal der Steuereinheit 7 hin einzelne elektrische oder elektronische Komponenten des Lenkrades abschalten. Es ist auch möglich, dass die Steuereinheit 7 und die ECU 10 zu einer gemeinsamen Einheit zusammengefasst sind.
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5 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Übertragungsvorrichtung, die über eine Spannungsbestimmungseinrichtung 11 zum Bestimmen eines Spannungsabfalls UA über einen ersten Abschnitt 41 des als Leiterband 4 (Flachleiter) ausgebildeten Leiterelementes sowie eines Spannungsabfalls UB über einen zweiten Abschnitt 42 des Leiterbandes 4 verfügt.
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Über den ersten Abschnitt 41 des Leiterbandes 4 wird einer Komponente in Form einer Steuerungseinrichtung 10 (Lenkrad-ECU) Strom zugeführt (Stromrichtung durch Pfeil in einem zuführenden Leiter angedeutet) und über den zweiten Abschnitt 42 (Stromrichtung durch Pfeil in einem abführenden Leiter angedeutet) Strom von der Steuerungseinrichtung 10 abgeführt. Der erste Abschnitt 41 erstreckt sich z. B. von einem Eingangsanschluss bis zu einem mit der Steuerungseinrichtung 10 verbundenen Ausgang des Leiterbandes 4 und der zweite Abschnitt 42 von einem mit der Steuerungseinrichtung 10 verbundenen Eingang bis zum einem Ausgangsanschluss des Leiterbandes 4. Beispielsweise erstrecken sich beide Abschnitte 41, 42 zwischen einem ersten und einem zweiten Steckeranschluss des Leiterbandes 4.
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Die Übertragungseinrichtung weist zudem eine Steuereinheit 7 auf, die in Abhängigkeit von den mittels der Spannungsbestimmungseinrichtung 11 über den ersten und den zweiten Abschnitt 41, 42 gemessenen Spannungen einen Strom durch das Leiterband 4 steuert. Beispielsweise ist die Steuereinheit 7 so ausgebildet, dass sie den Strom durch das Leiterband reduziert oder unterbricht, wenn der Spannungsabfall UA, UB über den ersten oder den zweiten Abschnitt 41, 42 einen vorgebbaren Grenzwert überschreitet, wobei der Grenzwert so gewählt ist, dass ein Spannungsabfall, der den Grenzwert übersteigt, auf einen Defekt (angedeutet durch ein Kreuz im ersten Abschnitt 41 des Leiterbandes 4) zumindest eines Teilbereichs des Leiterbandes hindeutet.
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Es ist auch denkbar, dass die Steuereinheit 7 den Spannungsabfall UA über den ersten Abschnitt 41 mit dem Spannungsabfalls UB über den zweiten Abschnitt 42 vergleicht und den Strom durch das Leiterband 4 reduziert oder unterbricht, falls der Spannungsabfall UA von dem Spannungsabfall UB abweicht, z. B. wird aufgrund des Defekts im ersten Abschnitt 41 die Spannung UA größer sein als die Spannung UB. Beispielsweise beträgt der Spannungsabfall UB über den nicht defekten zweiten Abschnitt 42 150 mV bei einer Stromstärke von 10 A, während der Spannungsabfall über den beschädigten ersten Abschnitt 41 z. B. über 200 mV beträgt.
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Die Übertragungseinrichtung der 5 kann selbstverständlich mit einer Temperaturbestimmungsvorrichtung gemäß z. B. den 1 und 4 kombiniert werden, wobei die Steuereinheit 7 insbesondere ausgebildet ist, den Strom durch das Leiterband 4 in Abhängigkeit von der mit der Temperaturbestimmungsvorrichtung bestimmten Temperatur und/oder von der durch die Spannungsbestimmungseinrichtung bestimmten Spannung (d. h. den Spannungsabfällen UB oder UA) zu steuern.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Übertragungsvorrichtung
- 2
- Rotor
- 3
- Stator
- 4
- Leiterband
- 5
- Temperatursensor
- 6
- Einheit
- 7
- Steuereinheit
- 8
- Schalter
- 9
- Stromquelle
- 10
- Lenkrad-Steuereinheit
- 11
- Spannungsbestimmungseinrichtung
- 41
- erster Abschnitt
- 42
- zweiter Abschnitt
