DE4432884C2 - Vorrichtung zum elektrischen Verbinden eines sich drehenden Stromverbrauchers mit einer ortsfesten Stromquelle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum elektrischen Ver­ binden eines drehbaren Stromverbrauchers oder Kontaktes mit einer ortsfesten Spannungs-, Strom- oder Signalquelle mit ei­ ner zwischen Stromverbraucher oder Kontakt auf der einen Sei­ te und der Spannungs-, Strom- oder Signalquelle auf der ande­ ren Seite verlaufenden und um die Drehachse gewickelten, iso­ lierten elektrischen Leitung.

Eine typische Anwendung für eine solche Vorrichtung ist der Anschluß eines im Lenkrad angeordneten Airbags an eine orts­ fest in der Karosserie angeordneten Spannungsquelle. Im Lenk­ rad befinden sich weiter Hupen- und gegebenenfalls noch ande­ rer Kontakte zum Betätigen von zum Beispiel Scheinwerfern usw. Das beim elektrischen Anschließen des im Lenkrad ange­ ordneten Airbags zu lösende Problem ergibt sich aus der Dre­ hung des Lenkrades. Die meisten Lenkungen sind so ausgebil­ det, daß das Lenkrad aus einer Mittelstellung heraus nach links und nach rechts gedreht werden kann. Im allgemeinen handelt es sich um zweieinhalb Umdrehungen in jeder Rich­ tung. Damit verbietet sich der Anschluß des Airbags über ei­ ne normal verlegte elektrische Leitung. Diese würde auch bei loser Verlegung den Drehungen des Lenkrades und ihrer sich daraus ergebenden Längung und Kürzung auf die Dauer nicht standhalten, Schaden nehmen und zerreißen. Auch ein Anschluß über Schleifringe und Schleifringkontakte hat sich auf die Dauer nicht bewährt. Nach einer bestimmten Zeit haben solche Anschlüsse über Schleifringe und Schleifringkontakte häufig versagt. Der zum Aufblasen des Airbags verwendete Gasgenera­ tor muß in Bruchteilen von Sekunden mit großer Sicherheit ge­ zündet werden. Schleifringe und Schleifringkontakte bieten diese Sicherheit nicht. Zum Vermeiden dieser Schwierigkeiten ist man im Stand der Technik dazu übergegangen, den Airbag über eine Wickelfeder anzuschließen. In ihrer äußeren Form ist die Wickelfeder mit der Feder des Uhrwerks einer mechani­ schen Uhr vergleichbar. Genau genommen handelt es sich bei der Wickelfeder um ein in die Form der Wickelfeder gewickel­ tes Flachbandflachleiterkabel mit mehreren gegeneinander iso­ lierten Leitern. Solche Flachbandflachleiterkabel sind in zahlreichen Ausführungsformen im Handel. Grundsätzlich han­ delt es sich um zwei oder mehr Kupferleiter mit Rechteckquer­ schnitt, die zwischen zwei Kunststoffstreifen eingeschlossen sind. Diese bilden den Hantel oder die Isolation. Im allge­ meinen ist der hierfür verwendete Kunststoff verhältnismäßig hart. Bei Drehen des Lenkrades in der einen oder der anderen Richtung wird diese Wickelfeder oder dieses Flachbandflach­ leiterkabel auf- oder abgewickelt. Dabei verkleinert oder vergrößert sich ihr Durchmesser. Die Wickelfeder befindet sich mit etwas Spiel in einem unter dem Lenkrad angebrachten Gehäuse. Bedingt durch dieses Spiel und den verhältnismäßig harten Kunststoff für die Isolation des Flachbandflachleiter­ kabels treten sowohl bei Drehung der Gehäuseteile als auch bei Erschütterungen und Vibrationen Geräusche auf. Diese wer­ den bei hochwertigen Fahrzeugen als störend empfunden. Zum Unterdrücken dieser Geräusche hat man daher schalldämmende Folien in die Gehäuse eingelegt. Zum erwähnen ist weiter, daß eine Wickelfeder in Radialrichtung verhältnismäßig groß ist. Folglich hat das sie aufnehmende Gehäuse einen großen Durchmesser. Solche Gehäuse lassen sich nur unter dem Lenk­ rad anordnen. Daraus ergibt sich der oben schon erwähnte Platz der Wickelfeder unter dem Lenkrad.

Verschiedene Vorrichtungen zum elektrischen Verbinden eines sich drehenden Stromverbrauchers mit einer ortsfesten Strom­ quelle, insbesondere eines Airbags mit einer im Kraftfahr­ zeug ortsfest angeordneten Zündstromquelle, sind bereits be­ schrieben worden. Bekannt ist eine Vorrichtung aus einer ringkreisförmigen und einer unteren und einer oberen Hälfte bestehenden Kassette, in der eine zu einer Spirale gewickel­ te Leitung zwischen einer radial außen und einer radial in­ nen liegenden Stelle verläuft (DE 42 25 119 A1). Bekannt ist eine ähnliche, Spiralkabeldose genannte Vorrichtung aus ei­ nem sogenannten Dosenunter- und einem sogenannten Dosenober­ teil. Die Spiralkabeldose nimmt ein in ihr spiralförmig ver­ laufendes Mehrleiter-Flachbandkabel auf. Dessen radial innen und radial außen liegenden Enden sind um 90° umgebogen und treten durch Öffnungen in der Innen- und der Außenzylinder­ wand der Spiralkabeldose aus (DE 42 23 308 C1). Bekannt ist weiter eine Vorrichtung zum Überführen von Kabeln zwischen zwei gelenkig miteinander verbundenen Bauteilen, die um ei­ nen begrenzten Winkel gegeneinander schwenk- oder drehbar sind. Bei den Kabeln handelt es sich vorzugsweise um viel­ adrige Bandkabel. Bei einer solchen Vorrichtung ist das Band­ kabel schraubenförmig und mit radialem Abstand um ein Rohr gewickelt. An seinem einen axialen Ende ist das Bandkabel am Rohr und an seinem anderen Ende an einem Gehäuse befestigt (DE 37 15 921 A1).

Von diesem Stand der Technik ausgehend, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genann­ ten Gattung so auszubilden, daß sie einen geringeren Raumbe­ darf als die bekannten Vorrichtungen aufweist und eine Ge­ räuschbildung bei Erschütterungen und bei einer Drehung des Lenkrades unterdrückt wird.

Die Lösung für diese Aufgabe ergibt sich nach der Erfindung dadurch, daß die elektrische Leitung die Form einer Schrau­ benfeder hat. Bei einer Schraubenfeder erfolgt der Längenaus­ gleich auch in Axialrichtung. Die Unterschiede zwischen ma­ ximalem und minimalem Durchmesser sind somit geringer als bei der bekannten Verwendung einer Wickelfeder. Der Durchmes­ ser der erfindungsgemäß verwendeten Schraubenfeder oder ei­ nes sie aufnehmenden Gehäuses liegt damit unter dem Durchmes­ ser eines die bekannte Wickelfeder aufnehmenden Gehäuses. Da­ mit ergibt sich zum ersten Mal die Möglichkeit, die Vorrich­ tung zum Anschließen des Airbags im Lenkstockgehäuse selbst unterzubringen. Zusätzlich dazu, daß die erfindungsgemäß ver­ wendete Schraubenfeder infolge ihrer hohen Elastizität weni­ ger Geräusche als die bekannten Wickelfedern erzeugt, wirkt das die Schraubenfeder umschließende Lenkstockgehäuse eben­ falls geräuschdämpfend. Der vorstehend erläuterte Stand der Technik und auch die bekannte Vorrichtung, bei der das Kabel schraubenlinienförmig verläuft, legen die Erfindung nicht na­ he. Dies liegt auch daran, daß sich der radiale Abstand der erfindungsgemäß in Form einer Schraubenfeder verlaufende elektrischen Leitung von ihrer Drehachse, der Lenkwelle, beim Drehen des Lenkrades verändert. Die Schraubenfeder wird auf- oder abgewickelt. Bei der bekannten Vorrichtung bleibt der radiale Abstand zwischen der schraubenlinienförmig ver­ laufenden elektrischen Leitung und dem Rohr im wesentlichen konstant.

Wie ausgeführt, erfolgt der Längenausgleich bei einer Schrau­ benfeder auch in Axialrichtung. In dieser beansprucht die er­ findungsgemäß verwendete Schraubenfeder mehr Raum als die beim Stand der Technik verwendete Wickelfeder. Bei einem Lenkstockgehäuse ist in Axialrichtung mehr freier Raum vor­ handen als in Radialrichtung. Deshalb kann die erfindungsge­ mäß verwendete Schraubenfeder im Lenkstockgehäuse selbst un­ tergebracht werden.

Für die Unterbringung der Schraubenfeder sieht die Erfindung mehrere Möglichkeiten vor. In einer ersten Ausführungsform sitzt ein inneres Gehäuseteil auf der Drehachse und ist dreh­ fest mit dieser verbunden. Die Schraubenfeder sitzt ihrer­ seits auf diesem Gehäuseteil. Das Gehäuse des Lenkstockgehäu­ ses umschließt die Schraubenfeder von außen. Ein besonderes, nur für die Schraubenfeder vorgesehenes äußeres Gehäuseteil entfällt. In einer zweiten Ausführungsform wird das innere Gehäuseteil von einem besonderen äußeren, ortsfesten Gehäuse­ teil umschlossen. Die Schraubenfeder sitzt dann zwischen die­ sen beiden Gehäuseteilen.

In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist das innere, verdreh­ bare Gehäuseteil auf eine Kerbverzahnung der Drehachse aufge­ schoben. Damit entfallen die beim Stand der Technik notwendi­ gen Verschraubungen zwischen der Drehachse und dem verdrehba­ ren Gehäuseteil. Es ist lediglich erforderlich, im inneren Gehäuseteil zu der Kerbverzahnung der Drehachse komplementä­ re Nuten vorzusehen.

Der erfindungsgemäße Grundgedanke, der elektrischen Leitung die Form einer Schraubenfeder zu geben, läßt sich mit prak­ tisch jeder Art von Leitung verwirklichen. Die elektrische Leitung kann zum Beispiel kreisrunden, quadratischen oder Rechteckquerschnitt aufweisen. Sie kann ein- oder zweiadrig sein oder auch eine größere Zahl von Adern aufweisen. Zum Er­ zielen einer hohen Biegsamkeit empfiehlt sich die Verwendung von Litzenleitern.

Mäntel mit kreisrundem Querschnitt für ein- oder mehradrige Leitungen bestehen von Haus aus aus einem Kunststoff, der weicher und elastischer als der den Mantel von Flachkabeln bildende Kunststoff ist. Bei der erfindungsgemäßen Verwen­ dung einer elektrischen Leitung in Form einer Schraubenfeder mit einem der vorstehend genannten Querschnitte ist die Ge­ räuschbildung wegen des weicheren Kunststoffes daher wesent­ lich geringer als bei einer aus einem Flachbandflachleiterka­ bel gewickelten Wickelfeder und praktisch zu vernachlässi­ gen.

Für die Form der Schraubenfeder läßt die Erfindung viele Aus­ führungsformen zu. Die Schraubenfeder kann die Form eines Zy­ linders aufweisen. Ebenso kann sie einen über ihrer Länge von innen nach beiden Enden hin abnehmenden Durchmesser auf­ weisen. Diese Ausführungsform kann auch als ballig oder bau­ chig angesehen werden. Ebenso kann die Schraubenfeder auch einen über ihrer Länge von einem zum anderen Ende zunehmen­ den Durchmesser aufweisen und damit eine konische Form anneh­ men. Diese Ausführungsform eignet sich insbesondere für An­ wendungen, bei denen die Leitung an einem Ende stärker bela­ stet wird.

Als typische Anwendung für die erfindungsgemäße Vorrichtung wurde bereits der Anschluß eines Airbags genannt. In diesem Fall bildet der Airbag den drehbaren Stromverbraucher und ist im Lenkrad angeordnet, während die Lenkwelle die Drehach­ se der erfindungsgemäßen Drehachse bildet.

Zusätzlich zu den oben genannten Vorteilen weist die erfin­ dungsgemäße Vorrichtung noch die nachfolgenden Vorteile auf:

Bei gleicher Zahl von Umdrehungen ist die Leitung bei einer Schraubenfeder kürzer als bei einer Wickelfeder.

Rundkabel lassen sich einfacher anschließen oder anschlagen als Flachkabel.

Rundkabel haben weiter von Haus aus einen glatteren und dik­ keren Mantel als Flachkabel. Die Adern in einem Rundkabel lassen sich auch einfacher abschirmen als die Adern eines Flachkabels. Allgemein ist das elektromagnetische Verhalten eines Rundkabels besser als das eines Flachkabels.

Wegen des Wegfalls der bei einer Wickelfeder notwendigen schalldämmenden Folien weist die erfindungsgemäße Vorrich­ tung weniger Teile auf. Bei einer Schraubenfeder sind die Stirnseiten des Gehäuses kleiner als bei einer Wickelfeder. Allein schon wegen der sich daraus ergebenden kleineren Stirnflächen des Gehäuses sinken die Aufprallgeräusche.

Am Beispiel der in der Zeichnung gezeigten Ausführungsformen wird die Erfindung nun weiter am Beispiel des Anschlusses ei­ nes Airbags beschrieben. In der Zeichnung ist:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Gehäuses und der in dieser aufgenommenen zylindrisch ausgebildeten Schraubenfeder in der Mittel- oder Geradeausstellung des Lenkrades,

Fig. 2 eine Ansicht ähnlich Fig. 1 in der einen Endstellung des Lenkrades,

Fig. 3 eine Ansicht ähnlich Fig. 1 in der anderen Endstel­ lung des Lenkrades,

Fig. 4 eine etwas ausführliche Darstellung mit zusätzlicher Darstellung des ankommenden und des abgehenden Endes der Leitung und der Kerbverzahnung der Lenkwelle,

Fig. 5 eine auseinandergezogene Darstellung des inneren und des äußeren Gehäuseteils und der dazwischenliegenden Schraubenfeder,

Fig. 6 eine Gesamtdarstellung der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung,

Fig. 7 die schematische Darstellung einer zylinderförmigen Schraubenfeder,

Fig. 8 die schematische Darstellung einer ballig ausgebilde­ ten Schraubenfeder,

Fig. 9 die schematische Darstellung einer konisch ausgebilde­ ten Schraubenfeder,

Fig. 10 ein Schnitt durch eine Leitung mit kreisrundem Quer­ schnitt,

Fig. 11 ein Schnitt durch eine Leitung mit ovalem Quer­ schnitt,

Fig. 12 ein Schnitt durch eine Leitung mit quadratischem Quer­ schnitt mit abgerundeten Ecken,

Fig. 13 ein Schnitt durch eine Leitung mit Rechteckquer­ schnitt mit abgerundeten Ecken,

Fig. 14 ein Schnitt durch eine Leitung mit Rechteckquer­ schnitt,

Fig. 15 ein Schnitt durch eine Leitung mit trapezförmigem Querschnitt und

Fig. 16 ein Schnitt durch eine Leitung mit Kreissegmentquer­ schnitt.

Die Figuren zeigen die Lenkwelle 12, das ortsfeste, äußere Gehäuseteil 14 und das mit der Lenkwelle 12 drehbare, innere Gehäuseteil 16. Beide Gehäuseteile 14 und 16 gemeinsam um­ schließen die Leitung 18. Diese weist ein ankommendes Ende 20 und ein abgehendes Ende 22 auf. Im Gehäuse 14/16 ist die Leitung 18 in die Form einer zylindrischen Schraubenfeder 24 gewickelt.

Fig. 1 zeigt die zylindrische Schraubenfeder 24 in der Mit­ telstellung des Lenkrades. In dieser weist sie einen mittle­ ren Durchmesser auf. Die Fig. 2 und 3 zeigen die zylindri­ sche Schraubenfeder 24 in der einen und der anderen Endstel­ lung des Lenkrades. Dabei nimmt sie in Fig. 2 ihren minima­ len und in Fig. 3 ihren maximalen Durchmesser ein. Eine ver­ gleichende Betrachtung dieser beiden Figuren zeigt, daß der Längenausgleich auch in Axialrichtung erfolgt. In Fig. 2 be­ rühren sich die einzelnen Wicklungen der zylindrischen Schraubenfeder 24, während sie in Fig. 3 einen maximalen Ab­ stand voneinander aufweisen. Fig. 4 zeigt zusätzlich die Kerbverzahnung 26 der Lenkwelle 12 und eine auf dem äußeren Gehäuseteil 14 befestigte Fixierrippe 28.

Fig. 5 zeigt das ortsfeste, äußere Gehäuseteil 14 mit der Fi­ xierrippe 28, das innere, verdrehbare Gehäuseteil 16 und da­ zwischen die Schraubenfeder 24 mit den beiden Leitungsenden 20 und 22. Fig. 5 zeigt auch die Innenverzahnung am inneren Gehäuseteil 16. Fig. 6 zeigt die vollständige Vorrichtung mit geöffneten Gehäuseteilen 14 und 16. Diese Figur zeigt auch den Anschluß 30 am lenkstockseitigen Ende und den An­ schluß 32 am lenkradseitigen Ende der Vorrichtung.

Die Fig. 7 bis 9 zeigen Beispiele für die Ausführung der Schraubenfeder 24. Fig. 7 zeigt eine zylinderförmige, Fig. 8 zeigt eine ballige und Fig. 9 zeigt eine konische Form. Die Fig. 10 bis 16 zeigen verschiedene Formen der Leitung. Diese besteht im einzelnen aus Litzenleitern 34, die die Ein­ zeladern 36 bilden, und dem Mantel 38. Fig. 10 zeigt eine Leitung mit kreisrundem Querschnitt. Die weiteren Figuren zeigen einen ovalen Querschnitt, einen quadratischen Quer­ schnitt mit abgerundeten Ecken, einen Rechteckquerschnitt mit abgerundeten Ecken, einen Rechteckquerschnitt, einen tra­ pezförmigen und einen kreissegmentförmigen Querschnitt.

Claims (13)

1. Vorrichtung zum elektrischen Verbinden eines drehbaren Stromverbrauchers oder Kontaktes mit einer ortsfesten Spannungs-, Strom- oder Signalquelle mit einer zwischen Stromverbraucher oder Kontakt auf der einen Seite und der Spannungs-, Strom- oder Signalquelle auf der anderen Seite verlaufenden und um die Drehachse gewickelten, iso­ lierten elektrischen Leitung, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Leitung (18) die Form einer Schrau­ benfeder (24) hat.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Drehachse ein mit dieser drehfest verbundenes, inneres Gehäuseteil (16) sitzt und die Schraubenfeder (24) auf diesem aufsitzt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein das innere, verdrehbare Gehäuseteil (16) umschließendes äußeres, ortsfestes Gehäuseteil (14), wobei die Schrau­ benfeder (24) zwischen den beiden Gehäuseteilen (14, 16) liegt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das innere, verdrehbare Gehäuseteil (16) auf eine Kerbverzahnung (26) der Drehachse aufge­ schoben ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die elektrische Leitung (18) kreisrun­ den Querschnitt aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die elektrische Leitung (18) Rechteck­ querschnitt aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die elektrische Leitung (18) quadrati­ schen Querschnitt aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die elektrische Leitung (18) mehradrig ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Schraubenfeder (24) die Form eines Zylinders aufweist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Schraubenfeder (24) einen über ih­ rer Länge von innen nach außen abnehmenden Durchmesser aufweist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Schraubenfeder (24) einen über ih­ rer Länge von einem zum anderen Ende zunehmenden Durch­ messer aufweist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der drehbare Stromverbraucher an ei­ nem Lenkrad angeordnet ist und die Lenkwelle (12) die Drehachse bildet.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Airbag den drehbaren Stromverbraucher bildet.