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Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der
drehbaren elektrischen Verbinder.
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Noch genauer betrifft die vorliegende Erfindung die
Verbinder des Typs, der umfaßt:
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- ein erstes, feststehendes Gehäuseelement,
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- ein zweites Gehäuseelement, drehbar in bezug auf das erste
feststehende Gehäuseelement, und
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- ein elektrisch leitendes, biegsames Organ, angebracht zwischen
dem feststehenden Element und dem drehbaren Element des Gehäuses
und mit diesen verbunden.
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Die vorliegende Erfindung findet vor allem aber nicht
ausschließlich Anwendung bei der übertragung von elektrischen
Signalen zwischen den mit dem Lenkrad eines Kraftfahrzeugs
verbundenen Einrichtungen, z.B. einem System des Typs Airbag, und
vom Lenkrad unabhängigen Steuereinrichtungen, verbunden mit der
Lenksäule.
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Zahlreiche elektrische Drehverbinder des oben erwähnten
Typs wurden schon vorgeschlagen.
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Generelle Beschreibungen dieser Verbinder kann man z.B.
finden in den Dokumenten GB-A-869275, GB-A-2216476, US-A-3525536,
FR-A-2494922, FR-A-2667457, US-A-47893432, US-A-4540223, FR-A-
2667458, FR-A-2667456, FR-A-2477789, DE-A-751684, FR-A-2249458,
GB-A-2154506, CH-A-167629, US-A-4422699, US-A-4836795, DE-A-
3041258, US-A-4451105, US-A-3525536, US-A-4722690, US-A-4875860.
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Die vorliegende Erfindung hat nun als Zielsetzung die
Perfektionierung der bekannten elektrischen Drehverbinder.
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, vor allem
einen neuen elektrischen Drehverbinder vorzuschlagen, der
ermöglicht, die Länge des erforderlichen biegsamen elektrischen
Leiters zu reduzieren.
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Dieses Ziel wird in der vorliegenden Erfindung durch
einen elektrisch Drehverbinder erreicht, der zwei Elemente umfaßt,
die eine Relativdrehbewegung ausführen können, und einen zwischen
diesen beiden Elementen angebrachten biegsamen Leiter, und der
dadurch gekennzeichnet ist, daß das feststehende Element eine zum
beweglichen Element koaxiale Hauptkammer umfaßt und eine an die
Hauptkammer angrenzende und in diese mündende Hilfskammer, wobei
der biegsame Leiter einerseits spiralförmig aufgerollt ist und mit
einem ersten Ende an einem Kern befestigt ist, der sich im Zentrum
der Hilfskammer befindet, und andererseits mit seinem zweiten Ende
an einer mit dem beweglichen Element verbundenen Kurvenscheibe
befestigt ist, die ein herzförmiges Profil aufweist.
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Weitere Charakteristika, Zwecke und Vorteile der
vorliegenden Erfindung gehen aus der nachfolgenden detaillierten
Beschreibung hervor, bezogen auf die beigefügten beispielhaften,
nicht einschränkenden Zeichnungen:
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- die Figur 1 stellt eine schematischen Draufsicht eines
elektrischen Drehverbinders dar, einer bevorzugten Ausführungsart
der vorliegenden Erfindung entsprechend,
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- die Figur 2 stellt eine explodierte perspektivische Ansicht des
erfindungsgemäßen elektrischen Drehverbinders dar, und
- die Figuren 3 und 4 stellen zwei der Figur 1 ähnliche Ansichten
dar, die die Funktionsweise des erfindungsgemäßen elektrischen
Drehverbinders genauer darstellen.
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Der erfindungsgemäße elektrische Drehverbinder umfaßt
im wesentlichen ein feststehendes Gehäuse 100, ein bewegliches
Gehäuse 200 und einen biegsamen Leiter 300, angebracht zwischen
den beiden Elementen 100 und 200.
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Der biegsame Leiter 300 ermöglicht verschiedene
Ausführungsvariaten. Er kann z.B. durch ein Bündel
aneinandergrenzender elektrisch leitfähiger und isolierter Drähte
gebildet werden oder auch, vorzugsweise, durch eine Folie oder
biegsame gedruckte Schaltung, z.B. aus Kunststoff, versehen mit
verschiedenen metallisierten parallelen Leiterbahnen
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Ein erstes Ende des biegsamen Leiters 300 ist mit
elektrischen Kontakten versehen, die in einen Verbindungskörper
integriert sind, der mit dem feststehenden Gehäuse 100
verbunden ist. Das zweite Ende des biegsamen Leiters 300 ist mit
elektrischen Kontakten verbunden, die in einen Verbindungskörper
integriert sind, der mit dem dem beweglichen Element 200
verbunden ist.
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Erfindungsgemäß umfaßt das feststehende Gehäuse 100
eine Hauptkammer 120 und eine Hilfskammer 130.
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Die Hauptkammer 120 und die Hilfskammer 130 sind
vorzugsweise im wesentlichen rund und aneinandergrenzend. Das
heißt, daß die Hauptkammer 120 und die Hilfskammer 130 parallele
Achsen haben.
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Außerdem ist eine Verbindung 140 zwischen diesen beiden
Kammern 120, 130 definiert.
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In der Praxis kann das feststehende Gehäuse 100 durch
eine Grundplatte 150 gebildet werden, versehen mit Wänden 152 von
zylindrischer Kontur, wobei diese Wände 152 die Hauptkammer 120
und die Hilfskammer 130 sowie die Verbindungspassage 140 zwischen
diesen begrenzen.
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Vorzugsweise, wie zu sehen in den beigefügten Figuren,
ist dieser Verbindungskanal 140 beabstandet von einer Ebene, die
durch die Achsen der Hauptkammer 120 und der Hilfskammer 130
verläuft. Die Passage 140 ist also vorzugsweise durch eine in die
vorerwähnten Wände 152 integrierte Zwischenwand 153 begrenzt,
tangential ausgerichtet in bezug auf die zylindrische
Umhüllungsfläche der Hauptkammer 120 und der Hilfskammer 130.
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Die Hilfskammer 130 ist versehen mit einem zentralen
Kern 132.
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Die Hauptkammer 120 besitzt vorzugsweise eine zentrale
zylindrische Gleithülse 122, die sich als Rotationsführung für das
bewegliche Element 200 eignet.
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Dieses Element 200 kann Gegenstand zahlreicher
Ausführungsarten sein. Es ist vorzugsweise koaxial zu der
Hauptkammer 120.
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Vorzugsweise werden das Gehäuse 100 und das bewegliche
Element 200 durch Kunststoffguß gebildet.
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Wie in Figur 2 zu sehen, kann das bewegliche Element
aus verschiedenen Teilen 202, 204 zusammengesetzt sein.
Vorzugsweise it das bewegliche Element 200 mit Strukturen 206
versehen, die sich für eine Translationsblockierung des
beweglichen Elements 200 auf dem feststehenden Gehäuse 100 eignen.
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Ebenso kann das Gehäuse 100 Gegenstand zahlreicher
Ausführungsarten sein.
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Man sieht z.B. in Figur 2 eine Zwischenscheibe 102, die
mit dem Gehäuse 100 eine unter der Hauptkammer 120 liegende
Zwischenkammer 103 bildet, die sich für die Aufnahme eines
klassischen Drehverbinders mit elektrischen Leiterbahnen 104, 105
und zugeordneten Schleifbürsten 106, 107 eignet.
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Man unterscheidet außerdem in Figur 2 einen Deckel 108
zum Verschließen der Hilfskammer 130.
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Wie oben erwähnt, ist das bewegliche Element 200 mit
einer zentralen Kurvenscheibe 220 ausgestattet, mit der das zweite
Ende des biegsamen Leiters 300 verbunden ist.
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Diese Kurvenscheibe 220 weist eine herzförmige Kontur
auf.
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Mit anderen Worten weist die in den beigefügten Figuren
dargestellte Kurvenscheibe 220 eine durch ihre Achse verlaufende
Symmetrieebene auf. Ein wesentlicher Teil des Umfangs dieser
Kurvenscheibe 220 weist eine kreisförmige Kontur mit konstantem
Radius auf. Jedoch besitzt die Kurvenscheibe beiderseits der
Symmetrieebene Sektoren 222, 224, die in Richtung Mittelachse der
Kurvenscheibe 220 progressiv konvergieren.
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Diese konvergenten Sektoren 222, 224 sind mit der
kreisförmigen peripheren Umhüllungsfläche 226 der Kurvenscheibe
durch die Sektoren 227, 228 verbunden, die eine kontinuierliche
Krümmungsänderung aufweisen, wobei diese Sektoren 227, 228 einen
mittleren Radius derselben Größenordnung aufweisen können, wie der
zylindrische Umfang 226 der Kurvenscheibe, oder auch bzw. wieder
divergent in bezug auf deren Achse bei Annäherung an die
vorerwähnte Symmetrieebene und Sektoren 222, 224, wie in den
Figuren zu sehen.
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Die Verbindungsstelle der Sektoren 222, 224, die
zumindest örtlich einer Zone des kleinsten Radius der
Kurvenscheibe 220 entspricht, dient dem zweiten Ende 320 des
biegsamen Leiters 300 als Befestigungspunkt.
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Wie in Figur 1 zu sehen, ist ein erstes Ende 310 des
biegsamen Leiters 300 spiralformig in der Hilfskammer 130
aufgewickelt und an dem Kern 132 befestigt. Das zweite Ende 320
des biegsamen Leiters 300 ist an der Kurvenscheibe 220 befestigt,
die mit dem beweglichen Element 200 verbunden ist. Der biegsame
Leiter 300 verläuft also durch den Verbindungskanal 140 von der
Hilfskammer 130 zur Hauptkammer 120.
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Nun wird die Betriebsweise des in den beigefügten
Figuren dargestellten elektrischen Drehverbinders beschrieben.
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Im Mittelpunkt, d.h. in der Mittelstellung der
relativen Drehbewegung zwischen dem beweglichen Element 200 und
dem feststehenden Gehäuse 100 befindet sich der biegsame Leiter
300 fast ganz in der Hilfskammer 130. Er präsentiert sich folglich
in Form von Windungen mit großem mittlerem Durchmesser, angeordnet
längs des Außenumfangs der Hilfkammer 130.
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In einer ersten extremen Stellung in bezug auf diesen
Mittelpunkt, einer ersten Drehrichtung entsprechend, z.B. dem
Gegenuhrzeigersinn wie dargestellt in Figur 3, ist das erste Ende
des biegsamen Leiters 300 spiralig um den Kern 132 gewickelt,
während das zweite Ende des biegsamen Leiters 300 spiralig um die
Kurvenscheibe 220 gewickelt ist, in Form von N/2 Windungen.
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In der zweiten extremen Stellung des Verbinders, die,
ausgehend vom Mittelpunkt, einer zweiten Drehrichtung entspricht,
z.B. dem Uhrzeigersinn wie schematisiert in Figur 4, ist das erste
Ende ebenfalls spiralig um den Kern 132 gewickelt, während das
zweite Ende des biegsamen Leiters 300 ebenfalls spiralig um die
Kurvenscheibe 220 gewickelt ist, in einer zweiten Richtung, wieder
in Form von N/2 Windungen.
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Der biegsame Leiter 300 weist permanent x Windungen in
der Hilfskammer 130 auf.
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Die Anzahl der auf die Kurvenscheibe 220 gewickelten
Windungen des biegsamen Leiters 300 in Extremstellung ist
wenistens gleich der Hälfte der Anzahl Relativumdrehungen N
zwischen den Elementen 100 und 200. Die Länge des biegsamen
Leiters 300, die sich in dieser Situation im Innern der
Hauptkammer 120 befindet, ist folglich in der Größenordung von von
NC1/2, wobei sie etwas größer ist als NC1/2, wenn man den
Außenumfang der Kurvenscheibe 220 mit C1 bezeichnet.
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In der Mittelpunktstellung werden diese X Windungen des
biegsamen Leiters 300 gegen den Außenumfang 134 der Hilfskammer
gedrückt. Die Länge des biegsamen Leiters 300 in der
Hilfskammer 130 ist dann in der Größenordnung von X.C2, wenn man
den Außenumfang 134 der Hilfskammer 130 mit C2 bezeichnet.
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Hingegen werden in den Extremstellungen die X Windungen
des biegsamen Leiters 300 gegen den Umfang des Kerns 132 gedrückt.
Die in der Hilfskammer 130 befindliche Länge des biegsamen Leiters
300 ist dann in der Größenordnung X.C3, wenn man den Außenumfang
der Kurvenscheibe 132 mit C3 bezeichnet.
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Man erhält folglich X.C2-X.C3 in der Größenordnung
N/2 C1, wenn man den Umfang der Kurvenscheibe 220 mit C1, den
Außenumfang der Hilfkammer 130 mit C2 und den Außenumfang des
Kerns 132 mit C3 bezeichnet.
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Die Verwendung einer herzförmigen Kurvenscheibe 220
ermöglicht, einen Verschleiß des biegsamen Leiters 300 an seiner
Verbindungsstelle mit dieser Kurvenscheibe zu vermeiden und dabei
den biegsamen Leiter wechselweise in der einen oder der anderen
Richtung um die Kurvenscheibe 220 zu wickeln.
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Man stellt fest, daß die Enden des biegsamen Leiters
300 vorzügsweise axial ausgerichtet sind, d.h. parallel zu der
Drehachse des beweglichen Elements 200 in bezug auf das
feststehende Gehäuse 100 und aus diesem Grund um 90º gebogen.
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Diese Enden des biegsamen Leiters 300 können mit einem
Gehäuse zum mechanischen und/oder elektrischen Schutz versehen
sein, angegossen oder angebracht durch irgendein geeignetes
Mittel, wie z.B. beschrieben in einer durch die Anmelderin
eingereichten parallelen Patentanmeldung.
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Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht
beschränkt auf die oben beschriebenen besonderen Ausführungsarten,
sondern erstreckt sich auf alle ihrem Geist entsprechenden
Varianten.
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Insbesondere kann man einen Kern 132 vorsehen, der
nicht feststehend sondern drehbar ist und elastisch in seine
Ruhestellung zurückgestellt wird, wie schematisiert in den
beigefügten Figuren. In diesem Fall dreht sich das erste Ende 310
des biegsamen Leiters 300 selbst in der Hilfskammer 130. Diese
Disposition ermöglicht, auf die Reserve des biegsamen Leiters 300
in der Kammer 130 in der Extremstellung des Verbinders zu
verzichten und folglich die notwendige Länge des biegsamen Leiters
nochmals zu reduzieren. Jedoch erfordert diese Variante
elektrische Verbindungseinrichtungen zwischen dem beweglichen Ende
des biegsamen Leiters 300 und dem mit dem feststehenden
Gehäuse 100 verbundenen Verbinder bzw. Verbindungskörper.
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Man stellt fest, daß in den beigefügten Figuren die
Drehachse des beweglichen Elements 200 und folglich der
Kurvenscheibe
220 in bezug auf das feststehende Gehäuse 200 mit 0-0
bezeichnet ist.
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Außerdem ist der Befestigungspunkt des zweiten Endes
320 des biegsamen Leiters 300 an der herzförmigen Kurvenscheibe
mit 221 bezeichnet.