Die Erfindung betrifft einen induktiven Übertrager, insbesondere einen Drehübertrager, zur Signal- und/oder Energieübertragung zwischen beweglichen Bauteilen nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Es stellt sich bei der elektrischen Signal- und Energieübertragung, beispielsweise an beweglichen Teilen in einem Kraftfahrzeug in Verbindung mit an den beweglichen Teilen angebrachten Sensoren, häufig die Aufgabe, trotz mechanischer Führungsprobleme eine sichere und trotzdem flexible elektrische Kopplung zwischen den beweglichen Teilen herzustellen. Beispielsweise bei Lenkwinkelsensoren zur Detektierung des Drehwinkels eines Lenkrades sind zwischen der drehbaren Lenkspindel und der feststehenden Lenksäule erhebliche Montage- und Lagetoleranzen im mm-Bereich vorhanden.
Häufig soll hier z.B. eine bidirektionale Datenübertragung zwischen Lenksäule und Lenkrad bei gleichzeitiger Energieübertragung von der Lenksäule zum Lenkrad möglich sein. Die Energieübertragung kann bei ca. 1 W liegen, wenn nur die Lenkradelektronik versorgt werden muss und bei zusätzlichen 120 W, wenn eine Lenkradheizung versorgt werden soll. In herkömmlicher Weise wird in solchen Fällen eine Wickelfeder zur Datenübertragung und ein Schleifring zur Energieübertragung vorgesehen. Die Wikkelfeder und der Schleifringe haben jedoch prinzipiell einen relativ hohen Geräuschpegel und verursachen gleichzeitigen sog. EMV-Probleme (EMV = Elektro-Magnetische-Verträglichkeit).
In der
Gemäß der Erfindung wird ein induktiver Übertrager zur Übertragung von Messdaten und/oder elektrischer Energie zwischen zwei gegeneinander beweglichen Bauteilen mit einem primären und einem sekundären Übertragerteil mit den im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Mitteln in vorteilhafter Weise weitergebildet, da im Bereich zwischen dem primären und dem sekundären Übertragerteil ein flexibles oder gleitendes ferromagnetisches Material angebracht ist.
Bei einer ersten vorteilhaften Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Übertrager eine Schürze aus flexiblem ferromagnetischen Material auf, die den Spalt zwischen dem primären und dem sekundären Übertragerteil nahezu vollständig umschließt. Beim Aufbau von solchen Übertragern bzw. Transformatoren ergeben sich in der Regel Öffnungen zwischen den beiden Übertragerhälften und somit eine nicht zu vernachlässigende Ausstrahlmöglichkeit von elektromagnetischen Strahlen, die zu Störungen, beispielsweise bei einer Anwendung in einem Kraftfahrzeug, führen können. Gemäß der Erfindung werden die fertigungs- und montagebedingten Öffnungen auf einfache Weise mit einer magnetischen Schürze abgedichtet.
Die induktiv koppelnden Spulen sind bei dieser Ausführungsform, beispielsweise eines Drehübertragers, mit einem in vorgegebenen Grenzen vorhandenen mechanischem Spiel zueinander beweglich. Bei der Montage wird beispielsweise die magnetische Schürze, die vorzugsweise aus Silikon oder einem Elastomer mit ähnlichen Eigenschaften und mit eingebettetem ferromagnetischen Pulver hergestellt ist über den Kern des Sekundärteils gestülpt und befestigt. Der Primärkern wird durch die Schürze in den Sekundärkern gebracht. Da der Innendurchmesser der Schürze kleiner als der Außendurchmesser des Sekundärkerns ist, kann keine elektromagnetisch Strahlung nach außen dringen.
Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist das flexible ferromagnetische Material eine Lagerschale, an der das primäre und/oder das sekundäre Übertragerteil gleitend mit einem in vorgegebenen Grenzen vorhandenen mechanischem Spiel führbar ist, wobei ein Spalt zwischen dem primären und dem sekundären Übertragerteil nahezu vollständig durch die Lagerschale ausgefüllt wird. Auch hier können in vorteilhafter Weise die Übertragerteile rotationssymetrisch zueinander angeordnet sein, wobei mindestens ein Übertragerteil drehbeweglich ist.
Eine vorteilhafte Anwendung ergibt sich insbesondere, wenn das eine rotationssymetrisches Übertragerteil an der Lenkspindel eines Fahrzeuges und das andere rotationssymetrisches Übertragerteil an der Lenksäule eines Fahrzeuges angebracht ist, I wobei dann auf einfache Weise über die Übertragerteile eine Messdaten- und/oder Energieübertragung durchführbar ist.
Das oben beschriebene Spiel zwischen den Übertragerteilen ist bei dieser Anwendung als Spielausgleich zwischen der Lenksäule und der Lenkspindel erforderlich. Der Wirkungsgrad des Übertragers wird jedoch erhöht, wenn die dadurch entstehende Lücke verringert wird. Erfindungsgemäß wird dadurch, dass ein Teil des Übertragers mit einer gleitenden Ummantelung bzw. Schürze versehen oder dadurch, dass der gesamte Übertrager schwimmend in einer Lagerschale aus gleitendem Material wie Kunststoff gelagert ist, die elektrische Übertragung optimiert ohne die mechanische Funktion einzuschränken. Der gleitende Kunststoff der Lagerschale ist auch hier mit einem ferromagnetischen Material angereichert, so dass der Feldlinienverlauf durch den Kunststoff verbessert wird.
Diese und weitere Merkmale von bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei der Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird.
Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen induktiven Übertragers zur Signal- und Energieübertragung zwischen Bauteilen eines Drehübertragers werden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
In Figur 1 ist eine Lenksäule 10 gezeigt, die Bestandteil einer hier nicht dargestellten und nicht näher erläuterten Lenkvorrichtung für ein Kraftfahrzeug ist. Das Ende einer Lenkspindel 11 ist dabei mittels eines Lenkrades drehbar, wobei die Lenkspindel 11 an der Lenksäule 10, die fest mit dem Chassis des Fahrzeugs verbunden ist, drehbar gehalten ist.
Zwischen der Lenkspindel 11 und der Lenksäule 10 ist ein Drehübertrager 12 angeordnet mit dem Messdaten und/oder elektrische Energie zwischen beispielsweise auf der Lenkspindel 11 angeordneten Sensoren und einer zentralen Auswerteeinheit im Fahrzeug übertragen werden können. Es werden dabei ein primäres Übertragerteil 13 mit einer Spule 14 und einem dazugehörigen Kern und ein sekundäres Übertragerteil 15 mit einer Spule 16 und einem dazugehörigen Kern gebildet.
Das primäre Übertragerteil 13 ist dabei fest an der Lenksäule 10 und das sekundäre Übertragerteil 15 ist drehbar mit der Lenkspindel 11 angeordnet. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist am Übertrager 12 eine Schürze 17 aus flexiblem ferromagnetischen Material, beispielsweise aus Silikon oder einem Elastomer mit ähnlichen Eigenschaften und mit eingebettetem ferromagnetischen Pulver, vorhanden, die den Spalt zwischen dem primären 13 und dem sekundären Übertragerteil 15 nahezu vollständig umschließt. Beim Aufbau von solchen Übertragern 12 an einer Lenkvorrichtung ergeben sich in der Regel Öffnungen durch das fertigungs- und montagebedingte Lagerspiel, insbesondere zwischen den beiden Spulen 14 und 16 und somit eine nicht zu vernachlässigende Ausstrahlmöglichkeit von elektromagnetischen Strahlen, die zu Störungen im Kraftfahrzeug führen können.
Die zuvor beschriebenen Öffnungen werden auf einfache Weise mit der magnetischen Schürze 17 abgedichtet. Bei der Montage wird hier die magnetische Schürze 17 über den Kern des sekundären Übertragerteils 15 gestülpt und befestigt. Der Kern des primären Übertragerteils 13 wird dann durch die Schürze 17 in den Bereich des sekundären Übertragerteils 15 gebracht. Wenn der Innendurchmesser der Schürze 17 dabei kleiner ist als der Außendurchmesser des sekundären Kerns, kann keine elektromagnetisch Strahlung nach außen dringen.
Bei einem Ausführungsbeispiel nach Figur 2 ist eine Lagerschale 20 angeordnet, an der das primäre und/oder das sekundäre Übertragerteil 13, 15 gleitend mit einem in vorgegebenen Grenzen vorhandenen mechanischem Spiel führbar ist, wobei ein Spalt zwischen dem primären und dem sekundären Übertragerteil 13 und 15 nahezu vollständig durch die Lagerschale 20 ausgefüllt wird. Die gleich wirkenden Bauteile sind hier mit den gleichen Bezugszeichen versehen, wobei in Figur 3 ein vergrößerter Ausschnitt A der Lagerschale 20 zwischen dem primären Übertragerteil 13 und dem sekundären Übertragerteil 15 gezeigt ist.
Das weiter oben beschriebene Spiel zwischen den Übertragerteilen 13 und 15 ist auch bei diesem Ausführungsbeispiel zu berücksichtigen, da hier immer ein Spielausgleich zwischen der Lenksäule und der Lenkspindel erforderlich ist. Der Wirkungsgrad des Übertragers 12 wird bei beiden Ausführungsbeispielen dadurch erhöht, dass die durch das Spiel entstehende Lücke verringert wird. Dadurch, dass der gesamte Übertrager 12 bei dem Ausführungsbeispiel nach der Figur 2 schwimmend in der Lagerschale 20 aus gleitendem Material wie Kunststoff Pulver gelagert ist, wird die elektrische Übertragung optimiert ohne die mechanische Funktion einzuschränken. Der gleitende Kunststoff der Lagerschale 20 ist auch hier mit einem ferromagnetischen Material angereichert.
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde ausschließlich zur Information des Lesers aufgenommen und ist nicht Bestandteil des europäischen Patentdokumentes. Sie wurde mit größter Sorgfalt zusammengestellt; das EPA übernimmt jedoch keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.