DE102016109467A1 - Component, in particular interior equipment component for vehicles - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Bauteil, insbesondere ein Innenausstattungsbauteil für Fahrzeuge, umfassend einen Schichtverbund (1) mit mehreren Schichten (2, 5, 6, 7, 10), von denen eine äußere Schicht (2) eine Oberfläche (3) aufweist, welche im Einbauzustand des Bauteils im Fahrzeug durch einen Fahrzeuginsassen sicht- und berührbar ist, und von denen eine Schicht (10) wenigstens in einem Teilbereich einen Kompositwerkstoff umfasst, der elektrisch leitende Füllstoffe umfasst, wodurch die Schicht (10) in zumindest dem Teilbereich elektrisch leitfähig ist; und eine Steuerung (13), die eingerichtet ist, um den elektrischen Widerstand der Schicht (10) bzw. des Teilbereichs der Schicht (10) zu messen, Änderungen des elektrischen Widerstands aufgrund von Druck auf die Oberfläche (3) in ein elektrisches Signal umzuwandeln und an einen elektrischen Verbraucher des Fahrzeugs auszugeben.The invention relates to a component, in particular an interior trim component for vehicles, comprising a layer composite (1) having a plurality of layers (2, 5, 6, 7, 10), of which an outer layer (2) has a surface (3) which in Installation state of the component in the vehicle by a vehicle occupant visible and can be touched, and of which a layer (10) at least in a partial area comprises a composite material comprising electrically conductive fillers, whereby the layer (10) is electrically conductive in at least the partial area; and a controller (13) arranged to measure the electrical resistance of the layer (10) or portion of the layer (10), to convert changes in electrical resistance due to pressure on the surface (3) into an electrical signal and to output to an electrical consumer of the vehicle.
Description
Gebiet der Erfindung Field of the invention
Die Erfindung betrifft ein Bauteil, insbesondere ein Innenausstattungsbauteil für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge. Im Besonderen betrifft die Erfindung ein Bauteil, in das ein Schaltelement (auch Betätigungselement oder Bedienelement) integriert ist, über welches ein elektrischer Verbraucher des Fahrzeugs steuerbar ist. The invention relates to a component, in particular an interior trim component for vehicles, in particular motor vehicles. In particular, the invention relates to a component in which a switching element (also actuating element or operating element) is integrated, via which an electrical load of the vehicle is controllable.
Stand der Technik State of the art
In Kraftfahrzeugen können eine Vielzahl von Stellfunktionen oder Ein- und Ausschaltbefehlen für verschiedenartige elektrische Verbraucher über Schaltelemente angewählt, aktiviert oder deaktiviert, d. h. gesteuert, werden. So ist es beispielsweise üblich die Fenster, das Schiebedach, die Außenspiegel oder dergleichen mittels elektrisch betätigter Stellmotoren zu verstellen, zu heben, zu senken oder zu öffnen und zu schließen. Darüber hinaus sind in Kraftfahrzeugen eine Vielzahl von Schaltelementen vorgesehen, über die elektrische Verbraucher, beispielsweise Heizungen, Lüftungen, Klimaanlagen, Lichtelemente, Radio, Bordcomputer, Navigationssystem und dergleichen angeschaltet oder in jeder erdenklichen Weise verstellbar sind. In motor vehicles, a variety of control functions or on and off commands for various types of electrical consumers can be selected, activated or deactivated via switching elements, d. H. to be controlled. For example, it is customary to adjust, lift, lower or open and close the windows, the sunroof, the exterior mirrors or the like by means of electrically actuated servomotors. In addition, a plurality of switching elements are provided in motor vehicles, are connected via the electrical loads, such as heaters, ventilation, air conditioning, lighting elements, radio, on-board computer, navigation system and the like or adjustable in any way imaginable.
Die Schaltelemente für derartige Funktionsträger in Kraftfahrzeugen sind üblicherweise in der Mittelkonsole, in der Instrumententafel und/oder im oder am Lenkrad bzw. in der Türverkleidung angebracht. Die Ausgestaltung der verschiedenen Schaltelemente erfolgt dabei nicht allein unter dem Gesichtspunkt einer vorteilhaften und ergonomischen Funktionsweise, sondern auch einer vorteilhaften Optik. Hierzu ist es üblich, dass die Schaltelemente innerhalb einer Dekorschicht angeordnet sind. Die Schaltelemente aktivieren dabei durch Schließen eines elektrischen Kontakts eine Steuerung, das die Bewegung der einzelnen Stellmotoren für die Funktionsträger regelt. The switching elements for such function carriers in motor vehicles are usually mounted in the center console, in the instrument panel and / or in or on the steering wheel or in the door trim. The design of the various switching elements is carried out not only from the point of view of an advantageous and ergonomic operation, but also an advantageous appearance. For this purpose, it is customary that the switching elements are arranged within a decorative layer. The switching elements activate by closing an electrical contact a controller that controls the movement of the individual servomotors for the officials.
Die Schaltelemente sind innerhalb der Dekorschicht derart angeordnet, dass sie aus der Oberfläche fühlbar erhaben hervorstehen und vorzugsweise überdies beleuchtbar sind. Diese fühlbare und/oder beleuchtbare Anordnung der Schaltelemente führt jedoch dazu, dass die Dekorschicht im Bereich der Schaltelemente unterbrochen ausgestaltet sein muss. Hierdurch werden insbesondere im Bereich der Übergänge von der Dekorschicht zu den einzelnen Schaltelementen Fugen erzeugt, in denen sich im Laufe der Zeit Verunreinigungen ansammeln, welche sowohl die Funktionsweise des Betätigungselements als auch die Optik der gesamten Dekorschicht beeinträchtigen können. The switching elements are arranged within the decorative layer in such a way that they project perceptibly raised from the surface and are preferably also illuminatable. However, this tactile and / or illuminable arrangement of the switching elements leads to the fact that the decorative layer must be designed to be interrupted in the area of the switching elements. As a result, in particular in the region of the transitions from the decorative layer to the individual switching elements, joints are produced in which impurities accumulate over time, which can impair both the mode of operation of the actuating element and the appearance of the entire decorative layer.
Es sind des Weiteren Piezoschalter aus dem Stand der Technik bekannt, welche beispielsweise in Cerankochfeldern, Kaffeemaschinen oder aber in sogenannten „vandalensicheren“ Tastaturen, insbesondere in den Auswahltasten von Bankautomaten, verwendet werden. Derartige piezoelektrische und drucksensitive Tasten sind beispielsweise aus der
Derartige piezoelektrische Schaltelemente erweisen sich jedoch in Bezug auf die Integration in Fahrzeugbauteilen als problematisch und kostenintensiv. Insbesondere haben sich Fehlfunktionen und Verschleiß als Probleme herauskristallisiert. Schließlich ist auch trotz der Verwendung von piezoelektrischen Schaltelementen der Designspielraum eingeschränkt. Die gleiche, wenn nicht größere Problematik ergibt sich bei mechanischen und elektromechanischen Schaltelementen. Such piezoelectric switching elements, however, prove to be problematic and costly in terms of integration in vehicle components. In particular, malfunctions and wear have emerged as problems. Finally, despite the use of piezoelectric switching elements, the design latitude is limited. The same, if not greater, problem arises in mechanical and electromechanical switching elements.
Beschreibung der Erfindung Description of the invention
Vor diesem Hintergrund ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Schaffung eines Bauteils für Fahrzeuge, in das auf einfachste Art und Weise und unter Vermeidung oder Reduzierung der obigen Problematik ein Schaltelement integriert ist. Against this background, the object of the present invention is to provide a component for vehicles, in which in the simplest way and while avoiding or reducing the above problem, a switching element is integrated.
Diese Aufgabe wird durch ein Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung finden sich in den Unteransprüchen, der folgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen. This object is achieved by a component having the features of
In der Regel werden Bauteile für Fahrzeuge, insbesondere Innenausstattungsbauteile, aus einem Schichtverbund mit mehreren Schichten hergestellt. Gemäß einem Aspekt ist eine dieser Schichten aus einem Kompositwerkstoff hergestellt, der elektrisch leitfähige Füllstoffe enthält, wodurch diese Schicht selbst durch eine entsprechende Anbindung an eine Steuerung als Schaltelement fungiert. As a rule, components for vehicles, in particular interior equipment components, are produced from a layer composite having a plurality of layers. According to one aspect, one of these layers is made of a composite material containing electrically conductive fillers, whereby this layer itself acts as a switching element through a corresponding connection to a controller.
Dementsprechend wird gemäß einem Aspekt ein Bauteil, insbesondere ein Innenausstattungsbauteil, für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, vorgeschlagen. Bei dem Bauteil handelt es sich beispielsweise um eine Instrumententafel, eine Mittelkonsole, ein Lenkrad oder eine Verkleidung im Fahrzeuginnenraum, wie zum Beispiel eine Türinnenverkleidung. Accordingly, according to one aspect, a component, in particular an interior trim component, is proposed for vehicles, in particular motor vehicles. The component is, for example, an instrument panel, a center console, a steering wheel or a panel in the vehicle interior, such as a door inner lining.
Das Bauteil umfasst einen Schichtverbund aus wenigstens zwei, meistens jedoch mehreren Schichten. Ein typischer Schichtverbund umfasst wenigstens einen formstabilen, im Wesentlichen starren Träger, meist aus Kunststoff, optional eine Polster- oder Haptikschicht, sowie eine Dekorschicht. Bei der Polster- oder Haptikschicht kann es sich zum Beispiel um ein Abstandsgewirke, einen Schaumstoff, eine Gelschicht oder Ähnliches handeln. Bei der Dekorschicht kommen verschiedenste Materialien in Frage umfassend Leder, Kunstleder, Holz, Stein, Metall, Leichtmetall, Kunststoffe, etc. Zusätzlich kann die Dekorschicht mit einer Beschichtung versehen sein, bei der es sich beispielsweise um eine Lackschicht oder eine Folie aus Kunststoff handeln kann. Der Schichtverbund weist eine äußere Schicht auf. Dies wird im Regelfall die Dekorschicht oder eine Beschichtung der Dekorschicht sein. Diese äußere Schicht weist eine Oberfläche auf, die im Einbauzustand des Bauteils im Fahrzeug durch einen Fahrzeuginsassen sicht- und berührbar ist. Insbesondere kann über diese äußerste Schicht durch einen Insassen bzw. Bediener, zum Beispiel mit einem Finger, Druck auf den Schichtverbund, zum Beispiel im Wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche bzw. parallel zu der Anordnung der Schichten, ausgeübt werden. The component comprises a layer composite of at least two, but usually several layers. A typical layer composite comprises at least one dimensionally stable, substantially rigid carrier, usually made of plastic, optionally a padding or haptic layer, as well as a decorative layer. In the Upholstery or haptic layer may be, for example, a spacer, a foam, a gel layer or the like. In the decorative layer a variety of materials in question include leather, synthetic leather, wood, stone, metal, light metal, plastics, etc. In addition, the decorative layer may be provided with a coating, which may be, for example, a lacquer layer or a plastic film , The layer composite has an outer layer. This will usually be the decorative layer or a coating of the decorative layer. This outer layer has a surface which is visible and can be touched in the installed state of the component in the vehicle by a vehicle occupant. In particular, pressure can be exerted on the layer composite, for example substantially perpendicular to the surface or parallel to the arrangement of the layers, by means of this outermost layer by an occupant or operator, for example with a finger.
Um das Schaltelement zu bilden, weist zumindest eine der Schichten des Schichtverbunds wenigstens in einem Teilbereich (insbesondere einem Teilbereich gesehen in der Draufsicht auf den Schichtverbund) einen Kompositwerkstoff auf. Unter einem Kompositwerkstoff ist diesbezüglich ein Werkstoff aus zwei oder mehr verbundenen Materialien zu verstehen, der andere Werkstoffeigenschaften besitzt als seine einzelnen Komponenten für sich gesehen. Eine dieser Komponenten ist ein elektrisch leitender Füllstoff, wodurch die Schicht in zumindest dem Teilbereich elektrisch leitfähig ist. Insbesondere hat die Schicht in zumindest dem Teilbereich einen elektrischen Widerstand. Durch Druck auf den Schichtverbund durch einen Insassen oder Bediener ändert sich der Abstand der einzelnen Füllstoffe in dem Kompositwerkstoff zueinander, wodurch sich die elektrische Leitfähigkeit und damit der elektrische Widerstand ändert. In order to form the switching element, at least one of the layers of the layer composite has a composite material at least in a partial area (in particular a partial area seen in the plan view of the layer composite). In this respect, a composite material is to be understood as meaning a material composed of two or more bonded materials which has different material properties than its individual components individually. One of these components is an electrically conductive filler, whereby the layer is electrically conductive in at least the subregion. In particular, the layer has an electrical resistance in at least the subregion. By pressure on the layer composite by an occupant or operator, the distance between the individual fillers in the composite material changes to each other, whereby the electrical conductivity and thus the electrical resistance changes.
Bei den Füllstoffen kann es sich um Graphene, Kohlenstoffnanoröhrchen, Fullerene und/oder Industrieruß (Carbon Black) handeln. Bei den Kohlenstoffnanoröhrchen kann es sich um sogenannte SWCNT (single wall carbon nanotubes) oder MWCNT (multi wall carbon nanotubes) handeln. The fillers may be graphenes, carbon nanotubes, fullerenes and / or carbon black. The carbon nanotubes may be so-called SWCNTs (single wall carbon nanotubes) or MWCNTs (multiwall carbon nanotubes).
Ferner umfasst der Kompositwerkstoff bevorzugt eine Matrix, in der die Füllstoffe gebunden sind. Die Matrix umfasst oder besteht zum Beispiel aus einem Polymer (z. B. einem Elastomer), einem Klebemittel oder einem Lack. Furthermore, the composite material preferably comprises a matrix in which the fillers are bonded. The matrix comprises or consists of, for example, a polymer (eg an elastomer), an adhesive or a lacquer.
Besonders bevorzugt sind Kompositwerkstoffe auf Polymerbasis, wie sie beispielsweise in der
Die Schicht, die den Kompositwerkstoff umfasst bzw. aus diesem gebildet ist, kann die äußere Schicht (zum Beispiel die Beschichtung oder Lackierung einer Dekorschicht oder die Dekorschicht selbst) sein. Ebenso kann die den Kompositwerkstoff umfassende bzw. aus diesem gebildete Schicht der formstabile Träger, das heißt der Bauteilträger oder eine Klebemittelschicht, welche zwei Schichten des Schichtverbunds miteinander verbindet, sein. The layer comprising or formed from the composite material may be the outer layer (for example, the coating or coating of a decorative layer or the decorative layer itself). Likewise, the layer comprising the composite material or formed from it can be the dimensionally stable carrier, that is to say the component carrier or an adhesive layer which connects two layers of the layer composite to one another.
Des Weiteren ist eine Steuerung vorgesehen, die eingerichtet bzw. ausgestaltet ist, um den elektrischen Widerstand der Schicht (der den Kompositwerkstoff umfassenden bzw. aus diesem gebildeten Schicht) zu messen und eine Änderung des elektrischen Widerstands aufgrund von Druck auf die Oberfläche der äußersten Schicht und damit auf den Schichtverbund zu erfassen und in ein elektrisches Signal umzuwandeln. Dieses elektrische Signal wird ferner an einen elektrischen Verbraucher ausgegeben, um diesen zu steuern, wie es eingangs erläutert wurde. Bei dem elektrischen Verbraucher kann es sich beispielsweise um einen Fensterheber, einen elektrischen Außenspiegel, ein Schiebedach, ein Multimediasystem, eine Klimaanlage, etc. handeln. Im Allgemeinen handelt es sich bei dem elektrischen Verbraucher um ein elektrisches Bauelement, in dem elektrische Energie in andere Energieformen umgewandelt wird. Durch das Vorsehen der Schicht und der Steuerung wird ein Schaltelement geschaffen, um solche elektrische Verbraucher anzusteuern bzw. bedienen zu können. Indem das Schaltelement prinzipiell durch die Verwendung eines speziellen Werkstoffs, nämlich des Kompositwerkstoffs, für eine der Schichten des ohnehin vorliegenden Schichtverbunds geschaffen wird und ansonsten lediglich eine elektronische Verarbeitung in einer Steuerung stattfindet, wird ein Bauteil vorgeschlagen, das die eingangs erwähnte Problematik, wenn nicht vermeidet, so doch zumindest reduziert und die Designfreiheit des Bauteils erheblich vergrößert. Furthermore, a controller is provided which is designed to measure the electrical resistance of the layer (the layer comprising or consisting of the composite material) and a change in the electrical resistance due to pressure on the surface of the outermost layer and to capture it on the layer composite and convert it into an electrical signal. This electrical signal is further output to an electrical load to control it, as explained above. The electrical consumer may be, for example, a window regulator, an electrical exterior mirror, a sunroof, a multimedia system, an air conditioning system, etc. In general, the electrical load is an electrical device in which electrical energy is converted to other forms of energy. By providing the layer and the controller, a switching element is provided to control such electrical loads or to operate. By the switching element is created in principle by the use of a special material, namely the composite material, for one of the layers of the present layer composite and otherwise takes place only an electronic processing in a control, a component is proposed which, if not avoided the above-mentioned problem , at least reduced and the design freedom of the component significantly increased.
Um die Widerstandsmessung vornehmen zu können, kann es vorteilhaft sein zumindest in dem Teilbereich der Schicht, in dem der Kompositwerkstoff vorgesehen ist, an entgegengesetzten Flächen dieser Schicht in Richtung des Schichtverbunds jeweils eine Elektrode vorzusehen, die jeweils mit der Steuerung verbunden sind. Alternativ ist es denkbar auf nur einer der entgegengesetzten Flächen dieser Schicht zwei Elektroden vorzusehen, die fingerförmig ineinandergreifen. Derartige Elektroden werden auch als Interdigitalelektroden bezeichnet. Dadurch kann eine einfache und zuverlässige elektrische Anbindung der Schicht an die Steuerung realisiert werden. In order to be able to carry out the resistance measurement, it may be advantageous, at least in the partial region of the layer in which the composite material is provided, to provide in each case an electrode on opposite surfaces of this layer in the direction of the layer composite, which electrodes are each connected to the controller. Alternatively, it is conceivable to provide two electrodes on only one of the opposite surfaces of this layer, which engage in a finger-like manner. Such electrodes are also referred to as interdigital electrodes. This can be a simple and reliable electrical Connection of the layer to the controller can be realized.
Des Weiteren kann es in Abhängigkeit des Gehalts an Füllstoffen in dem Kompositwerkstoff notwendig sein, eine elektronische Verstärkung des Signals vorzunehmen, welches durch die Änderung des Widerstands erzeugt wird. Furthermore, depending on the content of fillers in the composite, it may be necessary to electronically amplify the signal produced by the change in resistance.
Das durch die den Kompositwerkstoff umfassende Schicht gebildete Schaltelement ist für den Insassen bzw. Bediener nicht mehr ohne Weiteres erkennbar, d. h. der Druck auf den Schichtverbund könnte an einer beliebigen Stelle der Oberfläche stattfinden, insbesondere dann wenn der Kompositwerkstoff in der gesamten den Kompositwerkstoff umfassende Schicht vorhanden ist. Dementsprechend kann es vorteilhaft sein in der Oberfläche des Schichtverbunds eine Markierung vorzusehen, die dem Insassen bzw. Bediener das Schaltelement und dessen Funktion erkenntlich macht. Diese Markierung wird insbesondere in einem solchen Bereich sein, in dem in einer Draufsicht auf die Oberfläche der Kompositwerkstoff in der Schicht vorliegt, so dass bei einem Druck auf die Markierung oder in der näheren Umgebung der Markierung die Änderung des Widerstands folgt. The switching element formed by the layer comprising the composite material is no longer easily recognizable to the occupant or operator, ie. H. the pressure on the laminate could take place anywhere on the surface, especially if the composite is present throughout the composite material layer. Accordingly, it may be advantageous to provide in the surface of the composite layer a mark that makes the occupant or operator the switching element and its function recognizable. In particular, this marking will be in such a region in which the composite material is present in the layer in a plan view of the surface, so that the change in the resistance follows upon a pressure on the marking or in the vicinity of the marking.
Beschreibung einer Ausführungsform Description of an embodiment
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung erschließen sich auch aus der Beschreibung einer Ausführungsform, die unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung erfolgt, in der Further advantages and features of the present invention will become apparent from the description of an embodiment made with reference to the accompanying drawings, in which
Der im Querschnitt dargestellte Schichtverbund
Die äußerste Schicht
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Bauteilträger
An der dem Abstandsgewirke
Dieses elektrische Signal wird wiederum verwendet, um einen elektrischen Verbraucher anzusteuern. Rein beispielhaft kann dadurch ein Seitenfenster des Fahrzeugs bedient oder die Lautstärke eines Entertainmentsystems eingestellt werden. Es sind aber auch andere elektrische Verbraucher und Funktionen denkbar. This electrical signal is in turn used to drive an electrical load. Purely by way of example, a side window of the vehicle can be operated or the volume of an entertainment system can be set. But there are also other electrical consumers and functions conceivable.
Insofern das durch die Widerstandsänderung erzeugte elektrische Signal selbst zu gering ist, kann es vorteilhaft sein dieses elektrische Signal in der Steuerung
Es versteht sich, dass die obige Beschreibung einer Ausführungsform nur eine Umsetzungsmöglichkeit der vorliegenden Erfindung beschreibt und verschiedenartige Abwandlungen denkbar sind. So kann der Schichtverbund selbst auch nur zweischichtig sein und die Art und Beschaffenheit der einzelnen Schichten ist variabel. Darüber hinaus kann, wie erwähnt, der Kompositwerkstoff statt in dem Bauteilträger
Die vorliegende Erfindung schafft es auf einfachste Art und Weise und ohne die Notwendigkeit aufwendiger elektrischer und/oder mechanischer Mimiken ein Schaltelement zum Bedienen eines elektrischen Verbrauchers in ein solches Bauteil zu integrieren. Insbesondere wird lediglich eine der Schichten des Schichtverbunds mit einem Kompositwerkstoff ausgebildet bzw. ausgestattet, welcher durch Vorsehen einer Steuerung und einer Widerstandsmessung das Schaltelement bildet. The present invention provides a simple way and without the need for complex electrical and / or mechanical facial expressions to integrate a switching element for operating an electrical load in such a component. In particular, only one of the layers of the composite layer is formed or equipped with a composite material, which forms the switching element by providing a controller and a resistance measurement.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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