DE19532043A1 - Lenkrad für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Description

Stand der Technik

In das Lenkrad von Kraftfahrzeugen wird bekanntlich ein Airbag eingebaut. Zu dessen Zündung wird Energie benötigt. Es ist bekannt, diese Energieübertragung mittels zweier koaxial zueinander liegenden Drahtspulen zu bewirken. In der älteren Patentanmeldung 195 28 693.6 wurde vorgeschlagen, Energie über eine kontaktfreie Energieübertragungsanordnung zum Lenkrad vorzunehmen und am Lenkrad einen Mikroprozessor anzuordnen, der kontaktfrei übertragenen Signale verarbeitet und seinerseits Signale über die kontaktfreie Verbindung ab gibt. Außerdem ist am Lenkrad ein elektrischer Energiespeicher vorgesehen, der durch die kontaktlose Energieübertragung geringer Leistung aufgeladen wird und der für die Verbraucher am Lenkrad als Energieversorger dient. Es wurde vorgeschlagen, die Übertragung opto-elektrisch oder induktiv vorzunehmen. Als Energiespeicher kommen z. B. Kondensatoren, Langzeitspeicherkondensatoren oder aufladbare Kleinbatterien in Frage.

Aufgabe und Lösung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine einfach herstellbare induktive Übertragungsanordnung für solche geringen Leistungen zu schaffen.

Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Neben der Energie können über die erfindungsgemäße Übertragungseinrichtung bidirektional Signale übertragen werden. Die Übertragungseinrichtung ist raumsparend und verursacht nur geringe Kosten.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgelistet.

Figurenbeschreibung

Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Anordnung der erwähnten älteren Patentanmeldung 195 28 693.6 in prinzipieller Darstellung,

Fig. 2 eine Schnitt durch eine mögliche erfindungsgemäße Übertragungseinrichtung,

Fig. 3 eine Darstellung der Lage der Spulenanordnungen,

Fig. 4 ein Diagramm zur Erläuterung,

Fig. 5 die Optimierung des Magnetkreises durch Rückschlüsse.

In Fig. 1 der Zeichnung ist mit 1 ein an der Lenksäule montiertes Modul bezeichnet. Es enthält zwei redundante Mikroprozessoren MC 1 und MC 2, die die von Zündschlüssel 2 bei seinem Einstecken in das Modul und durch Schalter am Zündschlüssel 2 erzeugte Signale verarbeiten und die entsprechenden Funktionen auslösen, z. B. durch das beim Einstecken des Zündschlüssels 2 erzeugte Signal die Wegfahrsperre aufheben. Über den Zündschlüssel 2 kann auch eine mechanische Lenkradverriegelung entriegelt werden, was hier nicht gezeigt ist. Die vom Zündschlüssel 2 kommenden Signale können über einen Lichtleiter ins Modul gelangen. Die Lichtsignale werden durch einen opto-elektrischen Empfänger 3 (und gegebenenfalls auch Sender zur Aufladung des Akkus des Zündschlüssels) in elektrische Signale umgesetzt und den Mikroprozessoren MC 1 und MC 2 zugeführt. Mit 4 ist ein Lenkstockschalter bezeichnet, der an das Modul 1 angebaut ist. Durch Betätigung der am Lenkstockschalter untergebrachten Schalter (in der Zeichnung vier) werden unterschiedliche Signale erzeugt, die den Mikroprozessoren MC 1 und MC 2 zugeführt und dort in bestimmte Ansteuerungen umgesetzt werden.

Den Mikroprozessoren MC 1 und MC 2 können auch die Signale eines Navigationsgeräts 5 zur Standortanzeige auf einem Display zugeführt werden.

Das Modul 1 enthält auch die Sende- und Empfangsdioden 6 eines opto-elektrischen Lenkwinkelgebers. Seine Signale können zur Rücksetzung des Blinkerschalters genutzt werden.

Schließlich enthält das Modul 1 die feststehende Seite 7 einer kontaktlosen Signal- und Energieübertragung, wobei die Signalübertragung in beide Richtungen erfolgen soll. Mit 10 ist ein Block bezeichnet, der die am Lenkrad untergebrachten Teile zeigt. Es ist ein Mikroprozessor MC 3 vorhanden, an den Lenkradschalter 11, ein Display 12, ein Zündschaltkreis (Zünd-IC) 13 mit nachgeschalteter Zündpille 14 eines Airbags und die bewegliche Seite 15 der Signal- und Energieübertragung angeschaltet sind. Zur Energieversorgung der Teile des Lenkrads, insbesondere der Zündeinrichtung für den Airbag ist ein aufladbarer Speicher 16 an die bewegliche Seite 15 der Übertragung angeschaltet. Dieser Speicher ist notwendig, um die Energieübertragung relativ klein zu gestalten.

Die kontaktlose Signal- und Energieübertragung kann auf induktiver Basis (zwei Ringwicklungen stehen sich gegenüber) oder auf opto-elektrischer Basis erfolgen.

Der Energiespeicher 16 kann ein üblicher Kondensator sein. Da dieser sich bei abgestelltem Fahrzeug entlädt, braucht es nach Fahrzeugstart eine Zeit (ca. 10 sec.), bis der Kondensator ausreichend zur Auslösung der Zündpille 14 geladen ist. Man kann auch einen Langzeitspeicher z. B. einen Langzeitspeicher­ kondensator (Goldcap) oder eine aufladbare Kleinbatterie benutzen. Schließlich ist auch eine Kombination von Kondensator und Goldcap möglich. Die mit den Blöcken 7 und 15 angedeutete Energieübertragungseinrichtung wird erfindungsgemäß, wie im Anspruch 1 und in Fig. 2 und 3 beispielhaft beschrieben, ausgebildet.

In Fig. 2 ist mit 20 ein Teil der feststehenden Lenksäule bezeichnet, aus der die das nur teilweise gezeigte Lenkrad 21 tragende Lenkwelle 21a herausragt. An der Lenksäule 20 ist eine Leiterplatte 22 befestigt, auf der die Optoelemente 23 eines Lenkwinkelgebers befestigt sind. Von der Lenkwelle bzw. dem Lenkrad 21 wird eine zweite Leiterplatte 24 getragen, die eine Blende 25 trägt, die zum Lenkwinkelgeber gehört. In die Leiterplatten 22 und 24 sind Spulen 26 und 27 integriert, die im Innern Ferritkerne 28 aufweisen. Die Anordnung der Spulen auf den Leiterplatten ergibt sich aus Fig. 3. Auf der Leiterplatte 22 sind zwei Spulen 26 angeordnet, die die Lenkwelle umgeben. Sie sind schlaufenförmig geformt und ergänzen sich segmentförmig. Es könnte auch nur eine Spule vorhanden sein, die dann ähnlich wie in Fig. 3 die beiden Spulen die Lenkwelle 21a umgibt. Mit 30 ist die von den Spulen 26 eingeschlossene Fläche bezeichnet. Die beiden Spulenanordnungen können auch miteinander vertauscht zur Übertragung genutzt werden. In die Leiterplatten integriert bedeutet z. B., daß bei einer mehrlagigen Leiterplatte die einzelnen Lagen nahezu je eine Windung in Form einer leitenden Schicht tragen und daß benachbarte Windungen durch Durchkontaktierung miteinander verbunden sind.

In der Fig. 3 ist auch zur Verdeutlichung der Lage der Spulen zueinander die Spule 27 eingezeichnet. Es ist hier eine Rundspule dargestellt, die auf der Leiterplatte 24 so angeordnet ist, daß sie in jeder Stellung des Lenkrads 21 einen Teil der Spulenflächen 30 überdeckt, so daß in jeder Stellung ein Zusammenwirken der Spulen 26 und 27 gegeben ist.

Es könnten auch noch weitere Spulen 27 vorgesehen sein, die winkelversetzt angeordnet sein könnten. Diese Spulen und auch die Spulen 26 können in reihe- oder parallelgeschaltet sein. Bei der Ausgestaltung der Fig. 2 ergibt sich, daß in der gezeigten Stellung der Spule 27 (beim Zusammenstoßpunkt 29 der beiden Spulen 26) sekundärseitig eine geringere Spannung induziert wird. Dies zeigt Fig. 4. Diese Tatsache kann man ausnutzen, um die neutrale Stellung des Lenkrads zu kennzeichnen (0-Stellung).

In Fig. 5 sind die sich gegenüberliegenden Spulen 26 und 27 mit Rückschlüssen 31 aus magnetischem Material versehen, um den Magnetkreis zu optimieren.

Auf der Trägerplatte 24 kann die eingangs erwähnte auf dem Lenkrad angeordnete Elektronik untergebracht sein bzw. die Spule 27 kann auf der Leiterplatte der Elektronik mit untergebracht werden.

Bezugszeichenliste

1 Modul
2 Zündschlüssel
3 opto-elektrischer Empfänger
4 Lenkstockschalter
5 Navigationsgerät
6 Sende-Empfangsdioden
7 feststehende Seite einer kontaktlosen Signalübertragung
10 Block
11 Lenkradschalter
12 Display
13 Zündschaltung
14 Zündpille
15 bewegliche Seite einer kontaktlosen Signalübertragung
16 elektrischer Speicher
20 Lenksäule
21 Teil des Lenkrads
21a Lenkwelle
22 Leiterplatte
23 optische Elemente des Lenkwinkelgebers
24 Leiterplatte
25 Blende
26 Spulen
27 Spule
28 Ferrit-Kerne
30 Spulenfläche
31 Rückschlüsse der Magnetkreise

Claims (6)

1. Lenkrad für ein Kraftfahrzeug mit einer induktiven Signal- und Energieübertragung zwischen einer an der feststehenden Lenksäule (20) angeordneten Spulenanordnung (26) und einer auf dem Lenkrad (21) und mit ihm drehbaren Spulenan­ ordnung (27), dadurch gekennzeichnet, daß beide Spulenanordnungen (26, 27) als in Leiterplatten (22, 24) integrierte Spulen ausgebildet sind, daß diese Leiterplatten (22, 24) sich axial versetzt gegenüberstehen, daß eine der Spulenanordnungen aus wenigstens einer Spule (26) besteht, die schlaufenartig geformt ist und die Lenkwelle (21a) umgibt, daß die andere Spulenanordnung aus wenigstens einer Spule (27) besteht, und daß die Spulen (26, 27) derart zueinander angeordnet sind, daß die andere Spule in jeder Lenkradstellung ein Teil der wirksamen Fläche (30) der einen Spule (26) überdeckt und daß die übertragene Energie lenkradseitig zum Laden eines Versorgungsspeichers genutzt wird.

2. Lenkrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Spulenanordnung aus zwei schlaufenartig geformten Spulen (26) besteht, von denen jede etwa die Hälfte der Lenkwelle (21a) segmentförmig umgibt.

3. Lenkrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Spulenanordnungen (26, 27) Kerne (28) aus magnetischen Material, insbesondere Ferrit aufweisen.

4. Lenkrad nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Spulenanordnungen (26, 27) Rückschlüsse (31) aus magnetischem Material aufweisen.

5. Lenkrad, bei dem auf der Lenkradseite eine Leiterplatte (24) mit einer Elektronik zur Verarbeitung von ankommenden Signalen und gegebenenfalls Abgabe von abgehenden Signalen vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in diese Leiterplatte (24) auch die lenkradseitige Spulenanordnung (27) integriert ist.

6. Lenkrad nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Zusammenstoßpunkt der Enden der einen Spule oder einer der Zusammenstoßpunkte (29) benachbarter Spulen (26) durch Erkennen einer geringeren Energie­ übertragung als Markierung der neutralen Stellung des Lenkrads (21) ausgenutzt wird.