DE9414996U1 - Vorrichtung zum elektrischen Verbinden eines sich drehenden Stromverbrauchers mit einer ortsfesten Stromquelle - Google Patents

Description

Köln, den 13. September 1994
Anmelder: Thomas & Betts Corporation
Mein Zeichen: T 39/314

Vorrichtung zum elektrischen Verbinden

eines sich drehenden Stromverbrauchers

mit einer ortsfesten Stromquelle

Die Erfindung betrifft eine 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, isolierten elektrischen Leitung.

Eine typische Anwendung für eine solche Vorrichtung ist der Anschluß eines im Lenkrad angeordneten Airbags an eine ortsfest in der Karosserie angeordneten Spannungsquelle. Im Lenkrad befinden sich weiter Hupen- und gegebenenfalls noch anderer Kontakte zum Betätigen von zum Beispiel Scheinwerfern usw. Das beim elektrischen Anschließen des im Lenkrad angeordneten Airbags zu lösende Problem ergibt sich aus der Drehung des Lenkrades. Die meisten Lenkungen sind so ausgebildet, 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 Richtung. Damit verbietet sich der Anschluß des Airbags über eine 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 Gasgenerator muß in Bruchteilen von Sekunden mit großer Sicherheit gezündet 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 mechanischen Uhr vergleichbar. Genau genommen handelt es sich bei der Wickelfeder um ein in die Form der Wickelfeder gewickeltes Flachbandflachleiterkabel mit mehreren gegeneinander isolierten Leitern. Solche Flachbandflachleiterkabel sind in zahlreichen Ausführungsformen im Handel. Grundsätzlich handelt es sich um zwei oder mehr Kupferleiter mit Rechteckquerschnitt, die zwischen zwei Kunststoffstreifen eingeschlossen sind. Diese bilden den Mantel oder die Isolation. Im allgemeinen ist der hierfür verwendete Kunststoff verhältnismäßig hart. Bei Drehen des Lenkrades in der einen oder der anderen Richtung wird diese Wickelfeder oder dieses Flachbandflachleiterkabel 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 Flachbandflachleiterkabels treten sowohl bei Drehung der Gehäuseteile als auch bei Erschütterungen und Vibrationen Geräusche auf. Diese werden bei hochwertigen Fahrzeugen als störend empfunden. Zum Unterdrücken dieser Geräusche hat man daher scha11dämmende 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 Lenkrad anordnen. Daraus ergibt sich der oben schon erwähnte Platz der Wickelfeder unter dem Lenkrad.

Von diesem Stand der Technik ausgehend, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung so auszubilden, daß sie die Nachteile der beim

Stand der Technik verwendeten Wickelfedern nicht aufweist, aber die freie Verdrehbarkeit des Lenkrades weiter zuläßt. Insbesondere sollen der Raumbedarf gesenkt, die Geräuschbildung unterdrückt und die Herstellungs- und Montagekosten gesenkt werden.

Die Lösung für diese Aufgabe ergibt sich nach der Erfindung dadurch, daß die elektrische Leitung die Form einer Schraubenfeder hat. Bei einer Schraubenfeder erfolgt der Längenausgleich auch in Axialrichtung. Die Unterschiede zwischen maximalem und minimalem Durchmesser sind somit geringer als bei der bekannten Verwendung einer Wickelfeder. Der Durchmesser der erfindungsgemäß verwendeten Schraubenfeder oder eines sie aufnehmenden Gehäuses liegt damit unter dem Durchmesser eines die bekannte Wickelfeder aufnehmenden Gehäuses. Damit ergibt sich zum ersten Mal die Möglichkeit, die Vorrichtung zum Anschließen des Airbags im Lenkstockgehäuse selbst unterzubringen. Zusätzlich dazu, daß die erfindungsgemäß verwendete Schraubenfeder weniger Geräusche als die bekannten Wickelfedern erzeugt, wirkt das die Schraubenfeder umschließende Lenkstockgehäuse ebenfalls geräuschdämpfend.

Wie ausgeführt, erfolgt der Längenausgleich bei einer Schraubenfeder auch in Axialrichtung. In dieser beansprucht die erfindungsgemäß verwendete Schraubenfeder mehr Raum als die beim Stand der Technik verwendete Wickelfeder. Bei einem Lenkstockgehäuse ist in Axialrichtung mehr freier Raum vorhanden als in Radialrichtung. Deshalb kann die erfindungsgemäß verwendete Schraubenfeder im Lenkstockgehäuse selbst untergebracht werden.

Für die Unterbringung der Schraubenfeder sieht die Erfindung mehrere Möglichkeiten vor. In einer ersten Ausführüngsform sitzt ein inneres Gehäuseteil auf der Drehachse und ist drehfest mit dieser verbunden. Die Schraubenfeder sitzt ihrerseits auf diesem Gehäuseteil. Das Gehäuse des Lenkstockgehäuses umschließt die Schraubenfeder von außen. Ein besonderes, nur für die Schraubenfeder vorgesehenes äußeres Gehäuseteil

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entfällt. In einer zweiten Ausführungsform wird das innere Gehäuseteil von einem besonderen äußeren, ortsfesten Gehäuseteil umschlossen. Die Schraubenfeder sitzt dann zwischen diesen beiden Gehäuseteilen.

In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist das innere, verdrehbare Gehäuseteil auf eine Kerbverzahnung der Drehachse aufgeschoben. Damit entfallen die beim Stand der Technik notwendigen Verschraubungen zwischen der Drehachse und dem verdrehbaren Gehäuseteil. Es ist lediglich erforderlich, im inneren Gehäuseteil zu der Kerbverzahnung der Drehachse komplementäre Nuten vorzusehen.

Der erfindungsgemäße Grundgedanke, der elektrischen Leitung die Form einer Schraubenfeder zu geben, läßt sich mit praktisch 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 Erzielen 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 Verwendung einer elektrischen Leitung in Form einer Schraubenfeder mit einem der vorstehend genannten Querschnitte ist die Geräuschbildung wegen des weicheren Kunststoffes daher wesentlich geringer als bei einer aus einem Flachbandflachleiterkabel gewickelten Wickelfeder und praktisch zu vernachlässigen.

Für die Form der Schraubenfeder läßt die Erfindung viele Ausführungsformen zu. Die Schraubenfeder kann die Form eines Zylinders aufweisen. Ebenso kann sie einen über ihrer Länge von innen nach beiden Enden hin abnehmenden Durchmesser aufweisen. 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 zunehmenden Durchmesser aufweisen und damit eine konische Form annehmen. Diese Ausführungsform eignet sich insbesondere für Anwendungen, bei denen die Leitung an einem Ende stärker belastet 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 Drehachse der erfindungsgemäßen Drehachse bildet.

Zusätzlich zu den oben genannten Vorteilen weist die erfindungsgemäße 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 dikkeren 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 Vorrichtung 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 eines Airbags beschrieben. In der Zeichnung ist:

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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 Endstellung 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 Vorrichtung,

Fig. 7 die schematische Darstellung einer zylinderförmigen Schraubenfeder,

Fig. 8 die schematische Darstellung einer ballig ausgebildeten Schraubenfeder,

Fig. 9 die schematische Darstellung einer konisch ausgebildeten Schraubenfeder,

Fig.10 ein Schnitt durch eine Leitung mit kreisrundem Querschnitt ,

Fig.11 ein Schnitt durch eine Leitung mit ovalem Querschnitt ,

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

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

Fig.14 ein Schnitt durch eine Leitung mit Rechteckquerschnitt,

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

Fig.16 ein Schnitt durch eine Leitung mit Kreissegmentquerschnitt .

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 umschließen 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 Mittelstellung des Lenkrades. In dieser weist sie einen mittleren Durchmesser auf. Die Figuren 2 und 3 zeigen die zylindrische Schraubenfeder 24 in der einen und der anderen Endstellung des Lenkrades. Dabei nimmt sie in Fig. 2 ihren minimalen und in Fig. 3 ihren maximalen Durchmesser ein. Eine vergleichende Betrachtung dieser beiden Figuren zeigt, daß der Längenausgleich auch in Axialrichtung erfolgt. In Fig. 2 berühren sich die einzelnen Wicklungen der zylindrischen Schraubenfeder 24, während sie in Fig. 3 einen maximalen Abstand 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 Fixierrippe 28, das innere, verdrehbare Gehäuseteil 16 und dazwischen 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 Anschluß 32 am lenkradseitigen Ende der Vorrichtung.

Die Figuren 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 Figuren 10 bis 16 zeigen verschiedene Formen der Leitung. Diese besteht im einzelnen aus Litzenleitern 34, die die Einzeladern 36 bilden, und dem Mantel 38. Fig. 10 zeigt eine Leitung mit kreisrundem Querschnitt. Die weiteren Figuren zeigen einen ovalen Querschnitt, einen quadratischen Querschnitt mit abgerundeten Ecken, einen Rechteckquerschnitt mit abgerundeten Ecken, einen Rechteckquerschnitt, einen trapezförmigen und einen kreissegmentförmigen Querschnitt.

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Claims (13)

Köln, den 13. September 1994 Anmelder: Thomas & Betts Corporation Mein Zeichen: T 39/314 SCHUTZANSPRÜCHE

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, isolierten elektrischen Leitung, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Leitung (18) die Form einer Schraubenfeder (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, orstfestes Gehäuseteil (14), wobei die Schraubenfeder (24) zwischen den beiden Gehäuseteilen (14, 16) liegt.

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

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5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Leitung (18) kreisrunden Querschnitt aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Leitung (18) Rechteckquerschnitt aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Leitung (18) quadratischen Querschnitt aufweist.

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

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

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

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfeder (24) einen über ihrer Länge von einem zum anderen Ende zunehmenden Durchmesser aufweist.

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

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