CN107107940A - 在方向盘加热和/或感测中使用的平面柔性载体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于无褶皱地安装在方向盘的轮圈上的平面载体，该平面载体包括大致矩形的平面柔性箔片的部分，该部分具有两个纵向侧和两个横向侧，其中，横向侧的长度B是轮圈的周长的0.96至1.00倍，在每个纵向侧上每单位长度上设置有N个切口，一侧的切口相对于相反侧的对置切口部分以交错的方式定位。可以如描述的那样确定切口的最佳形状和尺寸。本发明还涉及热载体、加热和/或感测装置以及用于生产它们的方法。

Description

在方向盘加热和/或感测中使用的平面柔性载体
技术领域
本发明总体上涉及为方向盘(特别是汽车领域中的车辆方向盘)提供适当的加热和/或感测装置。
背景技术
当今的方向盘加热器常常包括串联电连接的电线。通常，几条(典型地是2至6条)这种电线并联。方向盘加热器中存在不同的电线整合方式：电线可以缠绕在轮圈周围，它们可以宽松地附接至轮圈，它们可以由另一个载体支撑并且它们借助例如缝合或粘合以特征样式固定在该载体上，或者电线可以整合于包裹在轮圈周围的织物中。
在这些方向盘加热器中，需要适当地调节每单位长度的电线电阻以便匹配期望的加热功率，并且需要适当地铺设电线以便能够均匀地加热边饰(trim)。典型的电线材料是金属(元素或合金)以及碳纤维。典型的金属是铜或铁基合金，可以包含锌、镍、锡、铬和其他金属。金属可以涂釉或镀覆例如银，以便防止腐蚀。
目前，未在市场上发现用于方向盘加热器的平面柔性加热装置，这主要是因为不能以如下方式整合加热元件：加热边饰的整个面积并且使它的功率/温度分布足够高且均匀。
尽管已经提出一些使用箔片载体作为方向盘加热器的方案，但它们的加热装置的面积被选择为显著地小于轮圈的面积。因此，虽然它们可以被无褶皱地附接，但热量没有均匀地分布在方向盘的整个表面上。因此，目前似乎没有符合以下所有标准的最佳方案：可感触的光滑度(无电线，无褶皱)、足够高的加热器功率、横贯边饰表面的热均匀度以及安装简易性。似乎只有在仔细地考虑了这些方面(中的大多数)的情况下，才能确保在足够高的功率水平下加热方向盘边饰面积的最大部分，而不损害触感方面。
技术问题
本发明的目的是提供允许覆盖方向盘的几乎整个表面的方案，同时提供光滑的触感并且优选的是整个表面上均匀的热分布。
发明内容
为了克服上述问题，本发明提出一种用于无褶皱地安装在方向盘的轮圈上的平面载体，该平面载体包括大致矩形的平面柔性箔片的部分，具有两个纵向侧和两个横向侧，其中，横向侧的长度B是轮圈的周长的0.96至1.00倍，优选的是0.985至0.999倍；在每个纵向侧上，每单位长度上设置有N个切口，一侧的切口相对于相反侧的对置切口以交错的方式定位，并且每个切口的宽度作为轮圈的弧长l的函数w(l)是：
其中，ε(l)是作为弧长l的函数的材料裕量(material surplus)，并且轮圈的弧长l是在纵向侧的垂直方向上从矩形柔性箔片的部分的中间或中心(B/2)开始测得的，N被选择处于10m-1和50m-1之间，优选地处于20m-1和40m-1之间，其中，轮圈的弧长l作为径向坐标r的函数是：
其中，r1是方向盘的半径，r2r是与r1共线的轮圈的半径，f(r)是描述轮圈的横截面形状的函数，并且平面载体中的平面柔性箔片的裕量作为径向坐标r的函数是：
本方案的主要优点在于，现在能够提供尽可能紧密地匹配给定的轮圈形状的载体元件，即便具有更加复杂的横截面形状，例如椭圆形甚至非对称形状。对于非对称形状来说，只需通过替换等式2中适当的形状函数f(r)来为各边执行上述计算。
此外，由于每单位长度上的切口的数目N以及对置切口的交错定位，本载体呈现增大的连续表面积以及增大的载体横截面积，由此使得它特别适于作为热传导载体，作为加热和/或感测元件载体，或者作为组合的热传导及加热(和/或感测)元件载体。
尽管本发明的载体甚至可以用于具有复杂的横截面形状的轮圈，但本发明也提供用于具有圆形横截面的轮圈的平面载体。在这种情况下，每个切口的宽度作为轮圈弧长l的函数w(l)表述如下：
其中，术语和参数的定义如前文所提供的那样。应该理解的是，对于圆形横截面来说，除了切口的交错定位之外，平面载体的两半是等同的。
市场上的许多轮圈具有所谓的指状部分。这些指状部分通常是轮圈的高度轮廓的周期性起伏，典型地应用在轮圈的朝向方向盘轴的一侧或者应用在背对驾驶员的一侧。上述起伏的典型波长处于20mm和40mm之间。通常，在轮圈剖面中每个指状部分包括4个和15个之间的起伏。轮圈常常具有被轮辐隔开的两个或三个指状部分。
对于具有指状部分的方向盘来说，最佳形状变得更加复杂。然而，可以针对这种特定情况提供更能接受的折中方案，如果平面载体还包括大致矩形的平面柔性箔片的特殊形状部分的话，则该部分具有两个纵向侧和两个横向侧，其中，在各纵向侧中的一个纵向侧上各切口的w(l)被扩大，优选地扩大5％至25％。实际上，用于这种应用的载体因此可以包括具有根据上述等式计算出的切口宽度的多个部分以及具有适应性修改的切口的多个部分。
在指状部分的一些构造中，例如当指状部分位于轮圈的背面时(以驾驶员看来)，可能有益的或必要的是(进一步)改进设计，以便将载体的锯齿状结构的部分重新定位在相反侧(由此使得那些结构包裹在轮圈的内周周围)。
可选地或附加地，对于具有指状部分的方向盘来说，用于方向盘的平面载体是可伸展的。在本发明的上下文中，“可伸展的”应指操作者可以沿加热元件的长侧手工拉伸加热元件，优选地最大拉伸5％。
如果柔性平面载体不是(必要地)可伸展的，则平面载体中的切口优选地延伸至载体的中心线。然而，对于某些应用来说，可以接受的或期望的是切口的起点距中心线存在偏移量A。通常，这种偏移量A小于B的5％，优选地小于B的3％，最优选地小于B的2％。选择某个偏压量A的益处在于，载体的连续表面积和横截面积增大，而不显著地影响平面载体在轮圈上的适当顺应性。
在更有益的方面中，载体是可伸展的并且这种特性被用来进一步增强本发明的平面载体的成形。因此，本发明还涉及一种可伸展平面载体，其中，该平面载体的长度被选择为比轮圈的外周长短最多5％，优选地短至少4％，更优选地短1％至3％。作为这种实施例的特定优点，中性点(当被安装在轮圈上时无应变的点)沿平面载体的宽度平移。因此，可以与前文描述的偏移量A类似地使用该中性点，进而允许在没有切口的载体中心处面积更大，从而(进一步)增大载体的连续表面积和横截面积。
在另一方面中，本发明涉及一种热载体，该热载体包括如本文所描述的平面载体。因此，该载体还可以是用于在载体中传输热量的载体，尤其促进了在垂直于表面法线的方向上的热量传输。在本方面中，平面载体具有良好的热传导特性并用于使来自(外部)热源的热量均匀地分布在载体的横截面中。因此，本发明还提供作为热载体的平面载体的用途，以使热量分布在方向盘的整个轮圈上。在这种情况下，适当的载体材料的特征在于高导热性；实例是例如铝、铜等金属箔片、石墨烯片材、陶瓷/聚合物多层材料以及高填充聚合物箔片。典型的填充物是金属氧化物或六方氮化硼。
在另一方面中，本发明涉及一种用于方向盘的加热和/或感测装置，该装置包括如本文所描述的平面载体以及布置在该平面载体的至少一侧上的至少一个加热元件。优选地，上述至少一个加热元件包括至少一个串联或并联型电加热回路。如果加热元件包括两个或更多的电加热回路，则每个电加热回路可以独立地是串联或并联电加热回路。因此，如果期望，则还可以在同一载体上使用串联回路和并联回路的组合。
加热和/或感测装置的电路可以由任何适当的材料制成。优选地，它们包括从印制PTF银、印制纳米粒银和/或电镀铜中选择的高传导性材料。
如果是必要的(例如，如果载体由导电材料制成)或期望的，则加热和/或感测装置还包括位于平面载体与加热和/或感测元件之间的一个(或多个)电介质层。
在又一方面中，本发明提供一种用于生产用于方向盘的平面载体或如本文所描述的热载体的方法，该方法包括如下步骤：
(a)确定要配备平面载体的轮圈的外径和横截面形状，
(b)设定每单位长度上的切口的数目N，优选地将指状部分(如果存在的话)的周期性考虑在内，
(c)提供足够尺寸的平面柔性箔片，
(d)制备用于安装在方向盘的轮圈上的平面载体，该平面载体包括大致矩形平面柔性箔片的部分，以及
(e)为上述大致矩形平面柔性箔片的部分设置如本文中所限定的切口。
本发明还设想了一种用于生产如本文所描述的用于方向盘的加热和/或感测装置的方法，该方法包括上述方法的步骤以及如下额外步骤：将至少一个加热和/或感测元件布置在上述平面载体的至少一侧。该额外步骤可以在上述方法的步骤(c)之后的任何时候进行，优选地，该额外步骤在步骤(c)之后并在步骤(d)之前进行。可选地，可以在载体与加热元件之间设置额外的电介质层。
在另一方面中，本发明设想了一种如本文所描述的平面载体的或者热载体的或者加热和/或感测装置的用途，用于最佳的轮圈面积覆盖率和顺应性，其中，对于具有指状部分的方向盘来说，轮圈的覆盖率是无褶皱表面的至少86％；对于不具有指状部分的方向盘来说，轮圈的覆盖率是无褶皱表面的至少96％。
在另一方面中，本发明涉及一种如本文所描述的平面载体的或者热载体的或者加热和/或感测装置的用途，用以电容性地感测驾驶员的手在方向盘上的存在。
方向盘轮圈可以是任何适当类型和形状。通常，轮圈由模制坯体构成，该模制坯体包括轻合金(或钢，或碳纤维)骨架以及柔软的聚合物壳体(典型地由PU制成)，骨架嵌设在聚合物壳体中。典型地，轮圈具有圆形形状并由两个或三个轮辐支撑。虽不常见但可能的是整体式轮圈。
轮圈的径向横截面典型地是圆形的或者呈近似椭圆的形状。然而，该径向横截面可以采用技术上合理的任何形状。
方向盘的边饰是轮圈的覆盖物并典型地由皮革、人造皮革或者包含聚合物或纺织物的其他材料制成，并且可以由多个层构成。
本文使用的术语“平面”是指载体的横向扩展范围(即，宽度和长度)远大于它的厚度。
术语“柔性”是指载体的截面惯性矩足够低，从而载体能够围绕半径为2.5mm或以上的一维边缘重复地弯曲。
因此，本发明的平面载体由较薄的材料(意思是它的厚度远小于它的横向尺寸)制成。能够使用的材料可以是任何适当的材料，例如：任何类型的聚合物箔片，其优选地由聚酯制成或者包含聚酯，聚酯例如是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和/或聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)；任何类型的纺织品，例如非纺织物、纺织物、针织物和/或间隔织物，它们可选地可以具有涂层。这种载体可以由多个层构成，这些层包括抵靠彼此层合的一种或多种上述材料。载体的厚度可以典型地在用于聚合物箔片的25μm与用于间隔织物的数毫米之间变化。
附图说明
现在将参考附图以实例的方式描述本发明的优选实施例，在附图中：
图1是示出轮圈横截面的两个实例的曲线图；
图2是描绘平面载体的材料的裕量(负差量)的曲线图，该裕量是从载体的中心线开始的坐标的函数；
图3是平面载体的实例的示意性俯视图，该平面载体具有带如本文所限定的切口的部分；
图4是平面载体的另一实例(的一部分)的示意性俯视图，该平面载体具有带如本文所限定的切口的两个不同部分，用以与具有指状部分的轮圈一起使用；
图5是具有并联加热回路的加热装置的实例的俯视图；
图6是具有串联加热回路的加热装置的另一实例的俯视图；
图7是图6的变型例的放大细节图，图中示出3条独立的迹线而不是1条传导迹线；并且
图8是示出包裹在具有椭圆形横截面的轮圈周围的平面可伸展载体中的应变(该应变是载体坐标的函数)的曲线图。
根据参考附图对多个非限制性实施例进行的以下详细说明，本发明的其他细节和优点将会是显而易见的。
具体实施方式
从根本上来说，使方向盘的被覆盖面积最大对于使将被加热的轮圈面积最大来说是必要条件，这是因为加热回路只能应用在载体未被切除的那些区域中。
因此，本发明提供一种方法来计算要包裹在方向盘的轮圈周围的平面柔性载体的最佳形状。该形状确保了对于不具有指状部分的轮圈来说被载体覆盖的轮圈面积大于或等于轮圈面积的96％，以及对于具有指状部分的轮圈来说被载体覆盖的轮圈面积大于或等于轮圈面积的86％。
示意性地，具有呈最简单形式的轮圈的方向盘可以被描述为具有圆形轮圈(即，具有圆形径向横截面)的半径为r1的圆环。通常，轮圈的横截面还可以是椭圆形的。
图1示出圆形和椭圆形轮圈的示意性横截面。参量r是从方向盘轴在轮圈平面上的中心处开始测得的；这里r1＝176mm。参量y测量轮圈的垂直于轮圈平面的延伸范围。本示例性实例示出对称的轮圈横截面，即，两半具有镜像对称性。
为了便于公开，给出了用于轮圈的一半的材料裕量(即，需要被切除的材料)，该材料裕量是片材坐标的函数。可以自己理解的是，在对称轮圈横截面的情况下，两半的特征在于具有相同的材料裕量，如果轮圈横截面是非对称的，则需要为轮圈的两半独立地估算上述等式2和等式3的值。
在图1中，方向盘半径r1＝176mm。一条曲线示出半径r2r＝13.5mm的圆形轮圈横截面，而另一条曲线示出径向半径r2r＝11mm且垂直方向半径r2p＝16mm的椭圆形轮圈横截面。
平面载体中的材料的裕量是径向坐标r的函数，可以记作
轮圈的弧长l是径向坐标r的函数，记作
其中，f(r)是描述轮圈形状的函数。通过建立等式2的反函数r(l)≡l-1(r)并将r(l)代入等式3，从而获得材料裕量。这样获得作为弧长l的函数的材料裕量。
对于圆形轮圈横截面来说，作为弧长l的函数的切口的宽度是
图2示出包裹在具有圆形横截面的轮圈周围的平面载体中的材料裕量；根据等式1至等式3，该材料裕量是片材(载体)坐标的函数。载体材料的负差量是指载体材料的裕量。粗实线对应方向盘几何参数r1＝176mm且r2r＝13.5mm。其他细实线对应相同的r1＝176mm，但轮圈半径r2r不同，r2r分别等于10mm和17mm。虚线示出用于如下情况的材料裕量：轮圈半径r2r＝13.5mm，但轮圈半径r1不同，r1分别等于150mm和202mm。
对于椭圆形或自由形状的轮圈横截面来说，通常需要从数值上估算等式2的反函数。对于具有r1＝176mm，r2r＝11mm且r2p＝16mm的椭圆形横截面的轮圈的实例来说，获得了表1中列出的值，其中，第一列列出平面载体上的相应坐标(弧长l)并且第二列列出载体中的应变(即，相应的材料裕量)。
表1：用于平面载体上的相应坐标的不同值(弧长l)的材料裕量。
弧长l[mm] 材料的裕量/差量
0. 0.
4.804 -0.002674
6.766 -0.005348
8.253 -0.008021
9.492 -0.0107
10.57 -0.01337
11.54 -0.01604
12.42 -0.01872
13.23 -0.02139
13.98 -0.02406
14.69 -0.02674
15.36 -0.02941
16. -0.03209
16.61 -0.03476
17.19 -0.03743
17.76 -0.04011
18.31 -0.04278
18.84 -0.04545
19.36 -0.04813
19.88 -0.0508
20.39 -0.05348
20.89 -0.05615
21.39 -0.05882
21.89 -0.0615
22.39 -0.06417
22.9 -0.06684
23.41 -0.06952
23.93 -0.07219
24.47 -0.07487
25.02 -0.07754
25.58 -0.08021
26.17 -0.08289
26.78 -0.08556
27.41 -0.08824
28.08 -0.09091
28.79 -0.09358
29.55 -0.09626
30.36 -0.09893
31.24 -0.1016
32.2 -0.1043
33.28 -0.107
34.52 -0.1096
36.01 -0.1123
37.97 -0.115
42.78 -0.1176
图3示意性地示出对平面柔性载体进行切割以使轮圈的面积覆盖率最大的方式。弧长l是从点划中心线(l＝0)开始在垂直方向上测得的。图3的设计的特征在于：i.)平面柔性载体的总宽度B等于轮圈的周长，ii.)切口距离中心线的偏移量为A，iii.)半径为R的止裂部(crack stopper)终止上述切口以避免在加热元件的任何生产或操作阶段期间可能的裂纹扩展，iv.)载体的长度为L，以及v.)周期，即每单位长度上的切口的数目为N。考虑到切口的周期性，切口的形状符合材料裕量关于弧长的函数ε(l)。切口的宽度作为弧长的函数w(l)记作
由此提供精确的技术指导来构建使被覆盖的轮圈面积最大的载体。
应该注意的是，中心线两侧的是切口是交错的。这样，使得例如用于施加加热或感测回路的可利用面积最大。特别地，即使偏移量A＝0，此交错排列也确保加热元件的载体是连续的。
典型地选择尽可能小的周期，即每单位长度上的切口的数目N，以便简化加热元件的电设计，但周期又足够高，以确保残余应变处于潜在地可能妨碍载体围绕轮圈的顺应性的临界水平以下。如果轮圈上存在所谓的指状部分，则优选地选择周期N使其满足指状部分中的起伏的周期。
指状部分先天地妨碍平面柔性载体顺应地附接在轮圈的这个区域中。为了在指状部分的区域中同样使载体所覆盖的轮圈面积最大，可以参考不具有指状部分的区域来修改载体设计。图4示出可能的改进方案：图4的右手侧示出以上描述的未修改的载体部分。左手侧示出经过改进的载体部分，用以应对指状部分中难以应付的轮圈拓补结构。
通过实际地切掉该设计的下部(图4中的右侧)，使这些部分移位并且附接在载体的上端(图4中的左侧)，实现了这种改进的设计。最后，可以减小指状部分的宽度，以便实现这些部分在指状部分的凹谷部中的最佳顺应性(参见图4中的左侧)。
换句话说，对于轮圈背面的指状部分来说，技术结构优选地预知：相对于对称线(它要被应用在轮圈的外周处)，载体的一侧可以比B/2长并且另一侧比B/2短。图4示出示意性步骤：在图4的左侧，在中心线上方该载体占据宽度B/2+d，在对称线下方载体宽度为B/2-d。这样，总体上来说，在具有指状部分的载体部分中载体的总宽度保持为B，尽管其他值也可能是适合的，只要能够实现无褶皱地附接至轮圈即可。
实际上，许多轮圈上存在具有指状部分的区域(部分)以及不具有指状部分的区域。在图5中，载体的中心示出不具有指状部分的区域，而指状部分邻近左侧及右侧。在图5中，虽然全部载体部分本身占据宽度B，但可以看出整个载体箔片(包括具有指状部分的区域以及不具有指状部分的区域)的整个矩形面积大于B×L。它是(B+d)×L。在图5或图6所示的实例中，d＝B/6，因而载体的矩形面积为7B/6×L。通常，用于d的典型值处于B/10和B/3之间。
出于制造的原因，可能有益的是将一些附加间隙考虑在内。因此，人们可能希望使该宽度与等式1相比略微增大较小的恒定值，并且人们可能希望使加热器元件的宽度B略微减小。典型地，可以将此间隙选择为小于0.5mm。
根据上述指示，对于不具有指状部分的轮圈来说，平面柔性载体覆盖轮圈表面积的至少96％；对于包括指状部分的轮圈来说，平面柔性载体覆盖轮圈表面积的至少86％。当附接至轮圈时，这样设计的载体顺应轮圈的形状。使用平面柔性载体作为支撑部(特别是用于电加热回路的支撑部)要求最大程度地覆盖轮圈。这是由于两个原因：1)为了在方向盘边饰的外侧实现温度分布的高度均匀性，有益的是也以均匀的方式产生热量。2)为了实现方向盘的快速加热，需要加压元件的功率足够高。只有当用于应用加热回路的可利用面积足够大时才能实现高功率。如果载体能够覆盖最大的轮圈表面积，就是这种情况。
在下文中描述一些实施例来进一步阐述本发明。在任何情况下，它们不应被理解为过度地限制本发明。
实施例1：包括并联加热回路的两个加热元件
覆盖最大轮圈表面积的平面柔性载体支撑并联电加热回路并由此构成加热元件。两个这样的加热元件附接在方向盘轮圈上，从而它们的接触侧抵接彼此并且相同电位的触头也抵接。可选地，相同电位的电极额外地在两个加热器的端部接触，以使这两个加热元件之间的功率分布更均匀。(如果这两个加热元件是完全相同的，则流经后者的触头的电流将会是零。)
本实施例涉及一种方向盘，该方向盘包括3个指状部分以及具有近似椭圆形横截面的方向盘轮圈，该横截面的尺寸为：r1＝176mm，r2r＝11mm并且r2p＝16mm。指状部分的周期N＝28.7m-1并确定了载体中的切口的周期。
平面柔性载体由热稳定的75μm聚酯箔片构成。可以使用更薄或更厚的箔片，是没问题的。该箔片用作用于聚合物厚膜(PTF)电加热回路的基板，该电加热回路是利用平板或旋转网印制法(flat bed or rotary screen printing)在三次印制传递过程中施加的。并联电路是这样施加的：使用高传导性PTF银作为馈线并用于加热，使用具有正的电阻率温度系数(PTCR)特征的低传导性PTF炭黑进行加热，最后使用PTF电介质套印品(overprint)来确保抵御环境和机械应力的长期稳定性。图5示出这样的加热元件。
银印制层表现为：在温度为20℃并且假定印制层厚度为25μm的情况下，薄膜电阻为3mOhm并且PTCR印制层为2.4kOhm。所实现的印制层厚度典型地处于5μm和15μm之间。在热处理过程中以最高达150℃的温度将印制层干燥并固化不长于5分钟的时间。电介质印制层表现为厚度最大30μm并且优选地在印制之后进行UV固化。
很清楚的是，可以使用除了高传导性PTF银以外的其他材料来生产高传导性电极。将会优选地使用纳米粒银或电镀铜(galvanic copper)。
加热印制层可以由具有或不具有PTCR特征的、各种类型的石墨或炭黑(CB)PTF构成。还可以使用例如包括碳纳米管(CNT)、石墨片、传导性氧化物等任意其他印制层。
经过印制并干燥的载体(现在包括电加热回路)依照公开的形状进行切割并且电接触。典型的切割过程是激光切割或模切。应该注意到，该电设计利用了载体的整个面积。要求它的面积最大，以便能够放置宽度很大的银馈线来实现均匀的温度分布。
如果高传导性馈线由PTF制成，则典型地通过压接实现接触。如果高传导性馈线是纯金属的(例如铜)，则优选地焊接各接触线。向接触区域施加一些(热塑性)热熔物，用以保护触头不受环境和机械应力的影响。
通过将加热元件粘贴到轮圈上实现加热元件在方向盘轮圈上的安装，其中，将加热元件的接触端定位在中心轮辐的预知用于缆线的馈送贯通件(feedthrough)的位置上。首先将加热元件附接在轮圈外半径处，然后相继附接全部手指/凸部。
可以在加热元件与轮圈之间或者/并且在加热元件与边饰之间附接一些聚合物泡沫，典型地是PU泡沫。目的是使边饰上可能残留的不平处变平，以使热量更均匀地分布在边饰的外侧，并且改进方向盘的触感。
图5描绘用于方向盘的以并联电路作业的加热装置。载体的形状如本文献中公开的那样。用作平面柔性载体的聚酯箔片、银印制层和CB基PTCR印制层。加热元件设计成以处于12V和13.5V之间的电压操作，并且每个元件产生最高大约40W的功率。这些加热元件中的两个加热元件需要配备给方向盘。
实施例2：包括串联加热回路的加热元件
覆盖最大轮圈表面积的平面柔性载体支撑串联电加热回路，从而形成加热元件。该加热元件附接在方向盘轮圈上。
本实施例涉及一种方向盘，该方向盘包括3个指状部分以及具有近似椭圆形横截面的方向盘轮圈，该横截面的尺寸为：r1＝176mm，r2r＝11mm并且r2p＝16mm。指状部分的周期N＝28.7m-1并确定了载体中的切口的周期。
平面柔性载体由热稳定的75μm聚酯箔片构成。可以使用更薄或更厚的箔片，是没问题的。该箔片用作用于聚合物厚膜(PTF)电加热回路的基板，该电加热回路是利用平板或旋转网印制法在两个印制传递过程中施加的。串联电路是这样施加的：使用高传导性PTF银来制备高传导性加热迹线，并使用PTF电介质套印品来确保抵御环境和机械应力的长期稳定性。图6示意性地示出这样的加热元件。图7呈现了高传导性迹线在载体上的分布细节，该分布产生功率分布的高度均匀性。
图6描绘用于方向盘的以串联电路作业的加热元件。载体的形状如本文献中公开的那样。灰色：用作平面柔性载体的聚酯箔片，黑色：银印制层。加热元件被设计成以处于12V和13.5V之间的电压U操作并在板上电压U＝12V的情况下产生大约80W的功率。一个这样的加热元件需要配备给方向盘。
银印制层在假定印制层厚度为25μm的情况下具有1.8mOhm的薄膜电阻。所实现的印制层厚度典型地处于5μm和15μm之间。在热处理中以最高达150℃的温度将印制层干燥并固化不长于5分钟的时间。电介质印制层表现为厚度最大30μm并且优选地在印制之后进行UV固化。
很清楚的是，可以使用除了高传导性PTF银以外的其他材料来生产高传导性电极。将会优选地使用纳米粒银(纳米银)或电镀铜。可以使用电介质漆来保护电镀铜不被氧化。
经过印制并干燥的载体(现在包括电加热回路)依照公开的形状进行切割并且电接触。典型的切割过程是激光切割或模切。应该注意到，该电设计利用了载体的整个面积。要求它的面积最大，以便能够放置宽度很大的银迹线来实现均匀的温度分布。
如果高传导性加热迹线由PTF制成，则典型地通过压接实现接触。如果高传导性加热迹线是纯金属的(例如铜)，则优选地焊接各接触线。向接触区域施加一些(热塑性)热熔物，用以保护触头不受环境和机械应力的影响。
通过将加热元件粘贴到轮圈上实现加热元件在方向盘轮圈上的安装，其中，将加热元件的接触端定位在中心轮辐的预知用于缆线的馈送贯通件的位置上。首先将加热元件附接在轮圈外半径处，然后相继附接全部手指/凸部。
可以在加热元件与轮圈之间或者/并且在加热元件与边饰之间附接一些聚合物泡沫，典型地是PU泡沫。目的是使边饰上可能残留的不平处变平，以使热量更均匀地分布在边饰的外侧，并且改进方向盘的触感。
图7示出图6的加热元件的细节。高传导性迹线(黑色，如图6所示)的宽度被划分为3条传导迹线，这些迹线具有更小但相等的宽度以及相等的长度。这样，横贯加热元件的功率均匀度增加。灰色：作为平面柔性载体的聚酯箔片的剖面。
实施例3：可伸展的平面载体
实施例1和实施例2都基于覆盖轮圈最大表面积的平面柔性载体。通过使用可伸展的载体，轮圈被覆盖的表面积可以进一步增大甚至更好地连续。“可伸展的”应指：在手动将加热元件安装到方向盘轮圈上的处理中，操作者可以沿加热元件的长侧手工将加热元件拉伸最大5％。
可伸展箔片在某一预张紧率下安装在轮圈的外半径上。令该预张紧率为2.4％，典型的预张紧率处于1％和3％之间。当施加该预张紧率时，中性线沿轮圈的弧移位。下文中的表2列出了用于不同弧长l值的载体材料的裕量。图8以曲线图的形式呈现表2中的数据。因此，根据表2的数据，图8绘出了包裹在具有椭圆形横截面的轮圈周围的平面可伸展载体中的应变，该应变是片材(载体)坐标的函数。载体材料的负差量是指载体材料的裕量。当载体安装在轮圈的外半径上时，载体预张紧2.4％。中性线(应变＝0)距离载体的中心线大约14mm。
实际上，可以看出(无应变的)中性线距离中心(l＝0)13.98mm，即，ε(13.98mm)＝0。在载体设计中，偏移量A(参见图3)被选择为A＝13.98mm。因此，可以将L×27.96mm2的矩形记入载体的连续面积中，因而能够应用比实施例1和实施例2中描述的功率更大、温度均匀性更高的电加热器设计。
应该注意的是，实施例1和实施例2的电设计也可以应用在实施例3的载体上。
表2：用于具有椭圆形横截面的轮圈(r1＝176mm，R2r＝11mm并且r2p＝16mm)的平面载体(弧长l)上的相应坐标的不同值的材料裕量。在轮圈的外半径处，载体(弧长l＝0)预张紧2.4％。中性线(ε＝0)处于l＝13.98mm处。
弧长l[mm] 材料的应变/差量
0. 0.02406
4.804 0.02139
6.766 0.01871
8.253 0.01604
9.492 0.01336
10.57 0.01069
11.54 0.008017
12.42 0.005343
13.23 0.00267
13.98 0
14.69 -0.002678
15.36 -0.005352
16. -0.008026
16.61 -0.0107
17.19 -0.01337
17.76 -0.01605
18.31 -0.01872
18.84 -0.02139
19.36 -0.02407
19.88 -0.02674
20.39 -0.02942
20.89 -0.03209
21.39 -0.03476
21.89 -0.03744
22.39 -0.04011
22.9 -0.04278
23.41 -0.04546
23.93 -0.04813
24.47 -0.05081
25.02 -0.05348
25.58 -0.05615
26.17 -0.05883
26.78 -0.0615
27.41 -0.06418
28.08 -0.06685
28.79 -0.06952
29.55 -0.0722
30.36 -0.07487
31.24 -0.07754
32.2 -0.08022
33.28 -0.08289
34.52 -0.08557
36.01 -0.08824
37.97 -0.09091
42.78 -0.09359
附图标记：
A 切口相对于中心线的偏移量
B 平面载体的宽度
10 平面载体
11 切口
12 中心线
15 止裂部
20 平面载体的一部分(不具有指状部分)
30 平面载体的一部分(具有指状部分)

Claims (15)

1.一种用于无褶皱地安装在方向盘的轮圈上的平面载体，所述平面载体包括大致矩形的平面柔性箔片的部分，所述部分具有两个纵向侧和两个横向侧，其中，所述横向侧的长度B是所述轮圈的周长的0.96至1.00倍，在每个纵向侧上每单位长度上设置有N个切口，一侧的切口相对于相反侧的对置切口以交错的方式定位，并且每个切口的宽度是所述轮圈的弧长l的函数w(l)：
其中，ε(l)是作为所述弧长l的函数的材料裕量，所述轮圈的弧长l是从所述矩形柔性箔片的部分的中间(B/2)开始在垂直于所述纵向侧的方向上测得的，N被选择处于10m-1和50m-1之间，优选地处于20m-1和40m-1之间，所述轮圈的弧长l是径向坐标r的函数：
其中，r1是所述方向盘的半径，r2r是与r1共线的轮圈半径，f(r)是描述所述轮圈的横截面形状的函数，并且
其中，所述平面载体中的平面柔性箔片的裕量是所述径向坐标r的函数：
2.根据权利要求1所述的平面载体，其中，所述轮圈具有圆形横截面并且每个切口的宽度是所述轮圈的弧长l的函数w(l)：
3.根据权利要求1或2所述的平面载体，对于具有指状部分的方向盘来说，还包括大致矩形的平面柔性箔片的部分，所述部分具有两个纵向侧和两个横向侧，其中，在各纵向侧中的一个纵向侧上各切口的w(l)被扩大，优选地扩大5％至25％。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的平面载体，对于具有指状部分的方向盘来说，其中，所述平面柔性箔片是可伸展的。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的平面载体，其中，所述平面载体是可伸展的并且其总长度被选择为比所述轮圈的外周长短最多5％，优选地短1％至3％。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的平面载体，其中，所述平面载体包括一层或多层聚合物膜、弹性体箔片、纺织品或其任意组合，所述聚合物膜优选的是聚酯膜，所述纺织品例如是纺织物、非纺织物、针织物或间隔织物。
7.一种热载体，包括根据权利要求1至6中任一项所述的平面载体。
8.一种用于方向盘的加热和/或感测装置，包括根据权利要求1至6中任一项所述的平面载体以及布置在所述平面载体的至少一侧上的至少一个加热和/或感测元件，优选地，所述至少一个加热和/或感测元件包括至少一个电加热和/或感测回路。
9.根据权利要求8所述的加热和/或感测装置，其中，所述电加热和/或感测回路是串联的或并联的电加热和/或感测回路。
10.根据权利要求8或9中任一项所述的加热和/或感测装置，其中，所述电加热和/或感测回路包括从印制的PTF银、印制的纳米银和/或电镀铜中选择的高传导性材料。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的加热和/或感测装置，还包括位于所述平面载体与所述加热和/或感测元件之间的至少一个电介质层。
12.一种用于生产根据权利要求1至6中任一项所述的用于方向盘的平面载体或根据权利要求7所述的热载体的方法，所述方法包括如下步骤：
(a)确定要配备平面载体的轮圈的外径和横截面形状，
(b)设定每单位长度上的切口的数目N，
(c)提供足够尺寸的平面柔性箔片，
(d)制备用于安装在方向盘的轮圈上的平面载体，所述平面载体包括大致矩形的平面柔性箔片的部分，以及
(e)为所述大致矩形的平面柔性箔片的部分设置如在权利要求1至6中任一项中限定的切口。
13.一种用于生产根据权利要求8至11中任一项所述的用于方向盘的加热和/或感测装置的方法，所述方法包括权利要求12中的各个步骤以及如下额外步骤：将至少一个加热元件布置在所述平面载体的至少一侧，可选地通过在其间设置电介质层。
14.一种根据权利要求1至6中任一项所述的平面载体的或根据权利要求7所述的热载体的或根据权利要求8至11中任一项所述的加热装置的用途，用于最佳的轮圈面积覆盖率和顺应性，其中，对于具有指状部分的方向盘来说，所述轮圈的覆盖率是无褶皱表面的至少86％；对于不具有指状部分的方向盘来说，所述轮圈的覆盖率是无褶皱表面的至少96％。
15.一种根据权利要求1至6中任一项所述的平面载体的或根据权利要求7所述的热载体的或根据权利要求8至11中任一项所述的加热和/或感测装置的用途，用以电容性地感测驾驶员的手在所述方向盘上的存在。
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