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Die Erfindung betrifft ein Fahrzeuglenkrad gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Es ist bekannt, den Lenkradkranz eines Fahrzeuglenkrades komplett oder in Segmenten zu beheizen. Hierzu werden in der Regel Metalllitzen, insbesondere Kupferlitzen eingesetzt, die auf einen Schaumstoff- oder Vliesträger vernäht werden. Bei den beheizten Lenkrädern handelt es sich üblicherweise um Lederlenkräder oder Holzlederlenkräder.
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Nachteilig bei solchen bekannten Lösungen sind relativ aufwändige Herstellungsverfahren durch das Vernähen der Kupferlitzen auf einem Träger sowie die Gefahr einer Abzeichnung der Kupferlitzen durch das hochwertige Deckmaterialleder hindurch. Ein weiterer Nachteil einer Lenkradbeheizung unter Verwendung von Kupferlitzen besteht darin, dass die Litzen ihre Heizwirkung naturgemäß lediglich linienförmig bereitstellen, so dass ein gleichmäßiges Aufheizen des Lenkradkranzes nur bedingt möglich ist. Dabei ist zur Absicherung der Heizungsfunktion ein Thermostat erforderlich.
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Aus der
DE 10 2007 018 540 A1 ist es bekannt, für eine elektrische Widerstandsheizung elektrisch leitfähige Polymere einzusetzen, in die Kohlenstoffnanoröhren integriert sind.
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Die
DE 11 2010 003 312 T5 beschreibt ein beheiztes Lenkrad, das eine Heizbeschichtungsschicht aufweist, die eine Kohlenstoffnanoröhrchen-Metallteilchen-Komplexzusammensetzung umfasst.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeuglenkrad mit einer Lenkradheizvorrichtung bereitzustellen, die ohne die Verwendung von Metalldrähten zur Bereitstellung einer Heizleistung auskommt und dabei eine ausreichende Heizleistung erzielt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Fahrzeuglenkrad mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Lenkradheizvorrichtung ein flächig ausgebildetes Heizelement umfasst, dessen Fläche im Wesentlichen homogen erwärmbar ist. Des Weiteren umfasst die Lenkradheizvorrichtung mindestens zwei sich in Umfangsrichtung des Lenkradkranzes erstreckende Elektroden für das Heizelement, wobei ein Stromfluss durch das Heizelement bezogen auf das Querschnittsprofil des Lenkradkranzes in Umfangsrichtung erfolgt. Die vorliegende Erfindung betrifft somit die Kombination eines flächigen, beheizbaren Heizelements mit einer Bestromung in Umfangsrichtung bzw. einer umlaufenden Bestromung bezogen auf das Querschnittsprofil des Lenkradkranzes.
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Durch die Bereitstellung eines Stromflusses durch das Heizelement bezogen auf das Querschnittsprofil des Lenkradkranzes in Umfangsrichtung wird eine wesentlich kürzere Heizstrecke realisiert im Vergleich zu einem im Stand der Technik üblichen Stromfluss, der in Umfangsrichtung des Lenkradkranzes erfolgt und durch zwei punktförmige Elektroden am Lenkradkranz bereitgestellt wird. Durch die Bereitstellung einer kürzeren Heizstrecke ist es möglich, Heizelemente mit einem höheren Flächenwiderstand einzusetzen und trotzdem eine ausreichende Heizleistung bereitzustellen. Dadurch entstehen neue und vielfältige Einsatzmöglichkeiten zur Realisierung von Heizelementen.
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Die erfindungsgemäße Lösung kompensiert durch die erfindungsgemäße Anordnung der Elektroden somit einen höheren Widerstand eines Heizelements, wobei die Aufheizgeschwindigkeit ansteigt und eine ausreichende Heizleistung sichergestellt wird. Die bereitgestellte Flächenheizung verbraucht darüber hinaus weniger Energie als Lenkradheizvorrichtungen auf der Basis von Metalldrähten und bietet ein angenehmes Griffgefühl.
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Das Heizelement ist erfindungsgemäß ein flächig ausgebildetes Heizelement, dessen Fläche im Wesentlichen homogen erwärmbar ist, das heißt, es handelt sich bei dem Heizelement nicht um ein Heizelement, das lediglich an bestimmten Punkten oder entlang bestimmter Linien erwärmt wird. Vielmehr erfolgt eine Erwärmung bzw. Erhitzung im gesamten Volumen des flächig ausgebildeten Heizelementes. Die Erwärmung kann dabei lediglich "im Wesentlichen" homogen insofern erfolgen, als gewisse Temperaturunterschiede beispielsweise aufgrund von lokalen Wärme- oder Kältebrücken auftreten können, wobei jedoch eine Erwärmung des Heizelementes insgesamt erfolgt.
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Bei dem flächig ausgebildeten Heizelement kann es sich um leitende Materialien, wie Lacke aller Art, Polymere in Folien oder gespritzter Form oder textile Kaschierungen handeln. In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das flächig ausgebildete Heizelement durch einen Heizlack gebildet ist. Als Heizlack wird ein Lack bezeichnet, der durch chemische und/oder physikalische Modifikation leitfähig gemacht worden ist. In einem Ausführungsbeispiel wird als Heizlack ein mit Kohlenstoffnanoröhren modifizierter Lack eingesetzt. Solche Heizlacke sind in der
DE 10 2007 018 540 A1 beschrieben, auf die insofern Bezug genommen wird.
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Der Heizlack wird beispielsweise durch Aufsprühen auf eine Skelettummantelung aufgebracht. Die zur Stromübertragung notwendigen Elektroden werden beispielsweise vor oder nach der Lackierung auf der Skelettummantelung aufgebracht und fixiert. Zur Optimierung der Kontaktierung zwischen Lack und Elektroden kann beispielsweise ein leitender Kleber eingesetzt werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das flächig ausgebildete Heizelement durch eine in sich leitfähige Kunststofffolie gebildet. Die Kunststofffolie wird beispielsweise durch ein elektrisch leitendes Polymer gebildet, das durch Dotierung elektrisch leitfähig ist. Die Leitfähigkeit der elektrisch leitfähigen Kunststofffolie ergibt sich somit aus den Materialeigenschaften der Kunststofffolie selbst.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass eine solche Kunststofffolie mit anderen Materialien wie z.B. Textilien oder Gewirken kaschiert ist, um ihre Rissbeständigkeit zu erhöhen. Eine solche Kaschierung kann auch eine Klebeschicht aufweisen, mittels derer die Kunststofffolie auf das halbfertige Lenkrad geklebt wird. Die Kunststofffolie kann ebenfalls zur Befestigung auf dem Lenkrad mit einem Kleber kaschiert sein. Auch kann vorgesehen sein, dass die Kunststofffolie durch separate Kleber mit Leder entsprechend einer üblichen Belederungstechnologie verbunden wird. Dabei ist eine vollständige als auch eine teilflächige Verklebung möglich.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind das flächig ausgebildete Heizelement und die Elektroden in ein Dekormaterial, beispielsweise einen Lederstreifen oder einen Stoff-Lederimitationsstreifen, integriert. Hierzu ist beispielsweise das Dekormaterial mit einem Heizlack beschichtet und wird ein derart beschichtetes Dekormaterial mit der fertigen Kontaktierung auf das Lenkrad aufgebracht.
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Eine weitere Ausbildung der Erfindung sieht vor, einen Heizlack auf nichtleitende Folien aufzubringen, die in den Fahrzeugkranz integriert und beispielsweise auf einer Skelettummantelung aufgebracht sind oder werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass in solche Folien bereits Elektroden integriert sind.
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Die Lenkradheizvorrichtung umfasst gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung genau zwei sich in Umfangsrichtung des Lenkrades längs erstreckende Elektroden, von denen die eine eine mit einer positiven Spannung beaufschlagte Elektrode (auch als Plusleiter bezeichnet) und die andere eine mit einer negativen Spannung oder Masse beaufschlagte Elektrode (auch als Minusleiter bezeichnet) bildet. Dabei erstreckt sich das Heizelement – bezogen auf das Querschnittsprofil des Lenkradkranzes – in Umfangsrichtung zwischen den beiden Elektroden und wird durch diese in Umfangsrichtung begrenzt.
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Die Elektroden verlaufen in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in geringem Abstand zueinander und dabei im Wesentlichen parallel. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Elektroden an der Innenseite des Lenkrades verlaufen, das heißt an der Seite des Lenkrades, die zur Lenkradnabe zeigt. Hierdurch wird erreicht, dass die Sichtbarkeit der Elektroden, die sich ggf. im fertigen Lenkrad abzeichnen, reduziert ist.
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Die Elektroden verlaufen gemäß einem Ausführungsbeispiel entlang des gesamten Umfanges des Lenkradkranzes. Es liegt jedoch ebenfalls im Rahmen der Erfindung, dass die Elektroden nur entlang bestimmter Segmente des Lenkradkranzes verlaufen, die beheizt werden sollen.
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Die Elektroden sind beispielsweise durch Streifengebilde aus metallischem Gewirke, aus elektrisch leitender Folie oder aus metallischem Flachleiter gebildet. Eine Ausgestaltung sieht dabei eine Ausbildung als Flachleiter in Gewirkeform vor. Ein solcher Flachleiter ist mit dem Vorteil verbunden, dass er einerseits dünn und andererseits flexibel und einfach verarbeitbar ist. Elektroden können beispielsweise jedoch auch als massiver Flachleiter, zum Beispiel in Form einer Kupferstreifens, der auf die Skelettummantelung aufgeklebt ist, ausgebildet sein.
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Sofern das flächig ausgebildete Heizelement durch einen Heizlack gebildet ist, ist in einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Elektroden über einen leitenden Kleber, Überlackieren, Überspritzen, Verprägen oder Verschweißen mit dem Heizlack elektrisch kontaktiert sind. Dabei dient ein gegebenenfalls erfolgendes Überlackieren auch zur Kaschierung der Elektroden.
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Sofern das flächig ausgebildete Heizelement durch eine in sich leitfähige Kunststofffolie gebildet ist, ist gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Elektroden in die Kunststofffolie integriert oder auf diese aufgewebt oder aufgeklebt sind. Eine Ausgestaltung sieht dabei eine Integration in die Kunststofffolie vor, wobei die Elektroden an gegenüberliegenden seitlichen Enden der Kunststofffolie integriert sind, so dass nach Aufwickeln bzw. Aufbringen der Kunststofffolie auf das Lenkrad die Elektroden zueinander benachbart sind und sich dabei in Umfangsrichtung des Lenkradkranzes erstrecken.
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Zur Reduzierung der Sichtbarkeit der Elektroden können verschiedene Maßnahmen implementiert werden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass in die Skelettummantelung Vertiefungen eingebracht sind oder nachträglich eingebracht werden, in denen die Elektroden angeordnet sind. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel werden die Elektroden zur Reduzierung ihrer Sichtbarkeit am fertigen Lenkradkranz bezogen auf das Querschnittsprofil des Lenkradkranzes seitlich angrenzend am Heizelement angeordnet, so dass die Höhe des Heizelementes die Höhe der Elektroden zumindest teilweise eliminiert. Wenn beispielsweise die Höhe der Elektroden bei 0,5 mm liegt und die Höhe eines angrenzenden, aufgesprühten Heizlackes bei 0,3 mm liegt, so liegt der verbleibende Höhenunterschied bei lediglich 0,2 mm und ist dementsprechend im fertigen Produkt kaum noch wahrnehmbar, insbesondere, wenn die Elektroden entlang der Innenseite des Lenkradkranzes verlaufen.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass das Heizelement und die Elektroden auf der Skelettummantelung angeordnet sind. Die Skelettummantelung besteht beispielsweise aus einem geschäumten Material, beispielsweise einem Polyurethan-Schaum (PUR-Schaum) oder einem Schaum aus thermoplastischen Elastomeren (TPE-Schaum).
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Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht es durch Verwendung eines flächig ausgebildeten Heizelementes, auch Lenkräder mit einem Hartkunststoff als Außenschicht mit einer Lenkradheizvorrichtung zu versehen. Für diesen Fall ist beispielsweise vorgesehen, dass direkt über das Heizelement und die Elektroden, die auf der Skelettummantelung angeordnet sind, eine aus Kunststoff gebildete äußere Lage des Lenkrads ausgebildet wird. Die entsprechende Deckfläche des Lenkrades wird dabei beispielsweise durch einen nachträglichen Prozess, wie Überschäumen und dabei Erreichen der fertigen Designaußenflächen, bereitgestellt.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass über dem Heizelement und den Elektroden eine das Heizelement und die Elektroden abdeckende Materiallage angeordnet ist. Diese weitere Materiallage besteht beispielsweise aus einem geschäumten Material mit einer gewünschten Griffigkeit bzw. Nachgiebigkeit, beispielsweise ebenfalls einem PUR-Schaum oder TPE-Schaum. Bei dem nachträglichen Prozess des Überschäumens werden dabei wiederum die fertigen Designaußenflächen bereitgestellt. Nach dem Anbringen wird die abdeckende bzw. kaschierende Materiallage mit einem dekorativen Material, wie zum Beispiel Leder, Kunstleder, Stoff, Holz usw. umgeben, die die Außenschicht und das Außendesign des fertig hergestellten Lenkradkranzes bildet.
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Eine Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass neben dem Lenkradkranz auch weitere Teile des Lenkrades beheizt werden, beispielsweise die Lenkradspeichen und/oder der Bereich der Lenkradnabe. Hierzu erstrecken sich ein oder mehrere Heizelemente des Lenkradkranzes in die entsprechenden Bereiche hinein und/oder sind gesonderte flächige Heizelemente in solchen Bereichen zusammen mit entsprechenden Elektroden angeordnet. Die zur Energieübertragung eingesetzte Elektroden können dabei aus diversen leitfähigen Stoffen und Materialien in verschiedenster Geometrie bestehen.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Lenkradheizvorrichtung ohne Thermostat ausgebildet, was eine besonders kostengünstige Ausgestaltung ermöglicht. Ein solches Thermostat umfasst üblicherweise einen Temperaturfühler und eine Regel- oder Steuerschaltung. Solche Thermostate sind bei herkömmlichen Lenkradheizvorrichtungen mit Kupferlitzen unentbehrlich, um ein zu starkes Aufheizen des Lenkrads zu verhindern. Erfindungsgemäß kann der Einsatz eines Thermostates vermieden werden, indem das flächig ausgebildete Heizelement Kohlenstoffnanoröhren derart aufweist, dass eine Selbstregulierung der Temperatur durch eine Temperaturabhängigkeit des Flächenwiderstandes des Heizelementes erfolgt. Das Heizelement wird in seinen elektrischen Eigenschaften somit derart eingestellt, dass ab einer bestimmten Grenztemperatur eine weitere Temperaturerhöhung verhindert wird, indem der Widerstandswert des Heizelementes ab dieser Grenztemperatur ansteigt.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
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1 in Schnittansicht einen Lenkradkranz mit einem flächig ausgebildeten Heizelement und zwei sich längs erstreckenden Elektroden gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 in Schnittdarstellung einen Lenkradkranz mit einem flächig ausgebildeten Heizelement und zwei sich längs erstreckenden Elektroden gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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3 eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts eines Lenkradkranzes im Bereich einer Nut, die der Befestigung eines Dekorleders dient, unter Darstellung einer als Flachleiter in Gewirkeform ausgebildeten Elektrode und unter Darstellung eines aufgesprühten Heizlacks;
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4 eine perspektivische Ansicht vom Innenbereich eines Lenkrads auf ein Ausführungsbeispiel eines Lenkradkranzes, der zwei parallel zueinander verlaufende Heizelektroden umfasst;
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5 eine perspektivische Gesamtdarstellung eines Lenkradhalbzeuges mit einem Lenkradkranz, der zwei sich in Umfangsrichtung erstreckende Elektroden aufweist, wobei eine dieser Elektroden dargestellt ist, und vor Anbringung einer äußeren Dekorschicht;
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6 eine seitliche Ansicht eines Abschnitts eines Lenkradkranzes unter Darstellung einer als Kupferleiter ausgebildeten, sich längs erstreckenden Elektrode;
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7 eine seitliche Ansicht eines Abschnitts eines Lenkradkranzes unter Darstellung zweier in Umfangsrichtung verlaufender, zueinander beabstandeter Elektroden, die jeweils aus einem metallischen Geflecht bestehen;
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8 ein eine Elektrode bildendes Metallgeflecht unter Darstellung einer Fehlstelle im Metallgeflecht; und
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9 eine Lenkradheizvorrichtung gemäß dem Stand der Technik.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung wird zunächst ein Fahrzeuglenkrad mit einer Lenkradheizvorrichtung gemäß dem Stand der Technik anhand der 9 erläutert. Ein solches Fahrzeuglenkrad 10 umfasst in üblicher Weise einen Lenkradkranz 20, mehrere Lenkradspeichen 30 und eine Lenkradnabe 40. Der Lenkradkranz 20, der beispielsweise mit einem Lederdekor versehen ist, ist beheizt ausgeführt und umfasst hierzu einen Metalldraht 60, in der Regel eine Kupferlitze, die auf einen Schaumstoff- oder Vliesträger aufgestickt sind. Dabei wird die Kupferlitze 60 zwischen einem Pluspol 51 und einem Minuspol 52 geführt. Die dargestellte Litzenführung ist dabei nur schematisch zu verstehen; in der Regel wird die Kupferlitze 60 mehrfach hin und her geführt, um eine möglichst große Oberfläche des zu beheizenden Lenkradkranzes 20 zu bedecken. Auch kann alternativ vorgesehen sein, dass eine Leiterbahn 60 auf der Basis leitender Tinte oder Paste direkt auf eine Skelettummantelung aufgebracht ist.
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Da die eingesetzte Kupferlitze 60 nur linienförmig wirken kann, gelingt ein gleichmäßiges Aufheizen des Lenkradkranzes 20 nur bedingt. Im Bereich der linienförmigen Litze ist stets ein Temperaturmaximum vorhanden und im Bereich zwischen zwei Litzenwindungen ein Temperaturminimum. Dies hat spürbare Komforteinbußen zur Folge. Auch ist eine höhere Heizleistung erforderlich, um Kältebrücken zwischen den Litzenwindungen zu vermeiden.
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Ein weiterer Nachteil der Lenkradheizvorrichtung gemäß dem Stand der Technik der 9 besteht darin, dass bei Brechen der Litze 60 die Heizvorrichtung insgesamt ausfällt.
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Die Stromführung bei einem Lenkrad gemäß dem Stand der Technik der 9 ist derart, dass der Strom zwischen zwei im Wesentlichen punktförmigen Elektroden 51, 52 fließt, die in Umfangsrichtung benachbart am Lenkradkranz 20 angeordnet sind. Der Stromfluss durch den Lenkradkranz 20 erfolgt in Umfangsrichtung von dem einen Pol bzw. der einen Elektrode 51 zum anderen Pol bzw. der anderen Elektrode 52, wobei der Strom über den gesamten Umfang des Lenkradkranzes fließt.
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Die 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lenkrades mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Lenkradkranz 20. Die 1 zeigt dabei anders als die 9 eine Schnittdarstellung durch den Lenkradkranz 20. Der Lenkradkranz 20 umfasst ein Lenkradskelett 1, das hinsichtlich seiner Form lediglich schematisch dargestellt ist. Das Lenkradskelett 1 besteht beispielsweise aus Metall oder Kunststoff. Um das Lenkradskelett 1 ist eine Skelettummantelung 2 ausgebildet, die beispielsweise aus einem PUR-Schaum oder einem TPE-Schaum besteht.
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Auf der Skelettummantelung 2 sind zwei Elektroden 4, 5 angeordnet, die einen Plusleiter und einen Minusleiter bereitstellen und dementsprechend eine unterschiedliche Spannung aufweisen. Die Elektroden 4, 5 verlaufen – anders als die Elektroden 51, 52 der 9 des Standes der Technik – in Umfangsrichtung des Lenkradkranzes, das heißt bei Draufsicht auf den Lenkradkranz 20 in Richtung dessen Umfang.
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Auf der Skelettummantelung 2 ist des Weiteren ein flächig ausgebildetes Heizelement 3 angeordnet. Hierbei handelt es sich in Ausführungsbeispielen um einen mit Kohlenstoffnanoröhren modifizierten Lack, der durch seine Modifikation mit Bereitstellung einer Heizleistung leitfähig gemacht wurde. In einer Ausgestaltung weist der mit Kohlenstoffnanoröhren modifizierte Lack keine Zugaben aus metallischen Elementen oder metallischen Partikeln auf. Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Bereitstellung einer ausreichenden Heizleistung auch bei Heizlack mit Kohlenstoffnanoröhren, der ohne metallische Zugaben auskommt.
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In alternativen Ausgestaltungen können dem Heizlack dagegen auch metallische Komponenten, wie zum Beispiel Silber, zugegeben sein.
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In einer weiteren alternativen Ausgestaltung ist das flächig ausgebildete Heizelement 3 durch eine in sich leitfähige Kunststofffolie gebildet. Eine solche Kunststofffolie besteht beispielsweise aus einem elektrisch leitenden Polymer, wobei die Leitfähigkeit des Polymers durch eine Dotierung mit weiteren Substanzen hergestellt ist.
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Die Dicke einer Lackschicht bzw. die Dicke einer leitfähigen Kunststofffolie, die das flächig ausgebildete Heizelement 3 bildet, liegt beispielsweise im Bereich zwischen 0,1 mm und 0,9 mm.
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Das flächig ausgebildete Heizelement 3 erstreckt sich ebenso wie die Elektroden 4, 5 in Umfangsrichtung des Lenkradskeletts. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Heizelement 3 sowie die Elektroden 4, 5 sich entlang des gesamten Umfanges des Lenkradkranzes oder entlang lediglich eines Abschnitts des Lenkradkranzes erstrecken. Auch kann vorgesehen sein, dass entlang des Umfangs des Lenkradkranzes mehrere, jeweils ein Segment des Lenkradkranzes beheizende Heizelemente mit zugehörigen Elektroden ausgebildet sind.
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Die Elektroden 4, 5 kontaktieren, bezogen auf das Querschnittsprofil des Lenkradkranzes, zwei Endbereiche 31, 32 des Heizelementes 3. Gemäß der 1 sind die beiden Elektroden 4, 5 einander benachbart, wobei der Abstand 15 zwischen den Elektroden 4, 5 möglichst gering gewählt ist, da im Bereich zwischen den Elektroden 4, 5 keine Heizwirkung erfolgen kann. Gleichzeitig wird der Abstand 15 zwischen den Elektroden 4, 5 derart groß gewählt, dass ein Kurzschluss sicher verhindert werden kann.
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Aus der 1 ergibt sich unmittelbar, dass ein Stromfluss durch das Heizelement 3 von der einen Elektrode 4 zu der anderen Elektrode 5 bezogen auf das Querschnittsprofil des Lenkradkranzes in Umfangsrichtung erfolgt. Damit ist die Heizstrecke beim Lenkradskelett der 1 deutlich geringer als die Heizstrecke im Stand der Technik gemäß der 9, da der Strom lediglich bezogen auf das Querschnittsprofil des Lenkradkranzes um diesen herum fließen muss. Dementsprechend können Heizelemente 3 mit einem relativ großen Flächenwiderstand eingesetzt werden.
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Das in der 1 dargestellte Heizelement 3 wird im Falle der Verwendung von Heizlack beispielsweise durch Aufsprühen auf das geschäumte Lenkrad aufgebracht. Die zur Stromübertragung erforderlichen Elektroden 4, 5 können vor oder nach der Lackierung auf das Bauteil aufgebracht und fixiert werden. Zur Optimierung der Kontaktierung zwischen dem Heizelement und den Elektroden 4, 5 kann dabei ein leitender Kleber eingesetzt werden.
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Die Deckfläche des Lenkrades wird in einem nachfolgenden Verfahrensschritt mit den fertigen Designaußenflächen bereitgestellt. Hierzu wird im Ausführungsbeispiel der 1 eine weitere Schicht 6 aus Polyurethan aufgeschäumt. Dabei kann vorgesehen sein, dass die äußere Polyurethan-Schicht 6 einen Hartkunststoff bildet. Auf diese Weise wird ein beheiztes Lenkrad mit einem Lenkradkranz aus Hartkunststoff bereitgestellt.
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Es kann vorgesehen sein, dass an den Oberflächen der mit dem flächig ausgebildeten Heizelement 3 zu verbindenden Bauteile Aktivierungsmaßnahmen vorgenommen werden, um die Haftung beim Lackieren bzw. Bekleben zu verbessern. Solche Maßnahmen können Plasmabeflammungen oder UV-Beflammungen umfassen. Auch können konventionelle Maßnahmen, wie ein Aufrauen der Oberfläche mit Schleifmitteln oder ein Abwaschen mit Reinigungsmitteln zur Verbesserung des Haftungsprozesses eingesetzt werden. Bei Verwendung eines mit PUR umschäumten Lenkrades kann vorgesehen sein, dass Bauteile verwendet werden, die in antihaftbeschichteten Formen hergestellt sind.
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Die 2 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Lenkradkranzes, das sich vom Ausführungsbeispiel der 2 durch die sich an das Heizelement 3 und die Elektroden 4, 5 außen anschließenden Schichten unterscheidet. So ist im Ausführungsbeispiel der 2 vorgesehen, dass zunächst eine Weichschaumschicht 7 auf die Skelettummantelung 2 und die Lenkradheizvorrichtung 3, 4, 5 aufgeschäumt wird. Dies erfolgt unter anderem mit dem Zweck, eine für den Endkunden fühlbare Oberfläche herzustellen. Darüber hinaus wirkt eine solche weitere Materiallage 7 kaschierend in dem Sinne, dass das Heizelement 3 und die Elektroden 4, 5 zusätzlich abgedeckt werden, wodurch insbesondere eine Sichtbarkeit der Elektroden 4, 5 reduziert wird.
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Beim Ausführungsbeispiel der 2 ist des Weiteren vorgesehen, dass sich an die kaschierende Zwischenlage 7 eine Außenhaut aus Leder 8 anschließt, die über eine Naht vernäht ist. Der Nahtbereich 9 der Außenhaut aus Leder ist über den Elektroden 4, 5 ausgebildet, was zu einer weiteren Verdeckung der Elektroden 4, 5 am fertigen Lenkradkranz 20 beiträgt. Die Elektroden 4, 5 und der Nahtbereich 9 sind beispielsweise an der Innenseite des Lenkradkranzes 20 ausgebildet, so dass ihre Sichtbarkeit weiter reduziert ist.
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Die 3 zeigt in seitlicher perspektivischer Ansicht einen Abschnitt eines Lenkradkranzes 20 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der dargestellte Abschnitt umfasst eine im Lenkradkranz 20 ausgebildete Nut 21, die dazu dient, in einem nachfolgenden Verfahrensschritt ein Leder-Dekormaterial auf der Skelettummantelung anzubringen und am Lenkradkranz 20 zu befestigen. Auf der Skelettummantelung ist ein flächig ausgebildetes Heizelement 3 angebracht, bei dem es sich wie bereits erläutert beispielsweise um einen leitfähigen Lack oder um eine leitfähige Kunststofffolie handelt. Im betrachteten Ausführungsbeispiel wird das Heizelement 3 durch einen Heizlack gebildet. Dabei ist vorgesehen, dass der Heizlack 3 angrenzend an die Nut 21 in einem Bereich 22 ausgespart ist.
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Des Weiteren sind zwei Elektroden 4, 5 entsprechend den 1 und 2 dargestellt, die als Flachleiter aus Metallgewirke ausbildet sind. Es ist nur der eine der beiden Flachleiter 5 zu erkennen; der andere Flachleiter 4 verläuft zu dem dargestellten Flachleiter 5 beabstandet und parallel. Aufgrund der Ausbildung der Flachleiter 4, 5 als Metallgewirke sind diese relativ dünn und dabei flexibel ausbildbar, so dass sie auch im Bereich der Nut 21 in einfacher Weise verlegt werden können. Der Heizlack 3 ist auf das Metallgewirke 4, 5 direkt aufgesprüht, so dass eine unmittelbare Kontaktierung zwischen dem Metallgewirke bzw. den Elektroden 4, 5 und dem Heizlack 3 erfolgt. Zusätzlich kann diese Kontaktierung durch einen leitenden Kleber gesichert werden.
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Das in der 3 dargestellte Lenkradkranz 20 wird in weiteren Verfahrensschritten mit mindestens einer äußeren Lage versehen, entsprechend den 1 und 2.
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Die 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel unter Darstellung eines Abschnitts eines Lenkradkranzes 20, in den eine Lenkradspeiche 30 mündet. Es sind zwei Elektroden 4, 5 erkennbar, die beabstandet mit einem Abstand 15 zueinander an der Innenseite des Lenkradkranzes 20 verlaufen. Auf der Oberfläche einer beispielsweise durch einen PUR-Schaum oder einen TPE-Schaum gebildeten Skelettummantelung ist ein flächig ausgebildetes Heizelement 3 ausgebildet. Der Stromfluss zur Erwärmung des Heizelementes 3 erfolgt von der einen Elektrode 4 zur anderen Elektrode 5 und dabei bezogen auf das Querschnittsprofil des Lenkradkranzes in Umfangsrichtung.
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Im Bereich der einmündenden Lenkradspeiche 30 verläuft die eine Elektrode 5 auf der Oberseite und die andere Elektrode 4 auf der Unterseite des Fahrzeuglenkrades.
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Im Ausführungsbeispiel der 4 ist, anders als im Ausführungsbeispiel der 3, das flächig ausgebildete Heizelement 3 auch im Bereich einer Nut 21 zur Befestigung eines Leder-Dekormaterials ausgebildet, so dass auch im Bereich dieser Nut 21 eine Heizleistung bereitgestellt wird.
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Die 5 zeigt eine Draufsicht auf ein noch nicht mit Designaußenflächen versehenes Lenkrad 10, das einen Lenkradkranz 20 entsprechend der 1 und 2 aufweist. Es ist eine der beiden Elektroden 5 erkennbar, die sich entlang der Umfangsrichtung des Lenkradkranzes 29 entlang des gesamten Umfanges erstrecken. Eine weitere, entsprechend verlaufende Elektrode ist auf der Unterseite des Lenkradkranzes 20 angeordnet und in der 5 nicht erkennbar. Die Heizleistung wird durch ein flächig ausgebildetes Heizelement 3 bereitgestellt, das durch die Elektroden 4, 5 mit Strom versorgt wird.
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In alternativen Ausgestaltungen verlaufen die Elektroden 4, 5 nicht über den gesamte Umfang des Lenkradkranzes 20, sondern nur über einen bestimmten Abschnitt. In Ausführungsbeispielen der Erfindung erstrecken sich die Elektroden 4, 5 über einen Winkelbereich von 360°, oder mindestens 315°, oder mindestens 270°, oder mindestens 225°, oder mindestens 180°, oder mindestens 135°, oder mindestens 90°, oder mindestens 45°, jeweils bezogen auf den durch den Lenkradkranz 20 gebildeten Kreis. Auch können mehrere Elektrodenpaare vorgesehen sein, die jeweils einen getrennten Abschnitt des Lenkradkranzes 20 beheizen.
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Die 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Lenkradkranzes 20 ähnlich dem Ausführungsbeispiel der 3, wobei beim Ausführungsbeispiel der 6 als Elektroden 4, 5 Kupferstreifen eingesetzt sind. Einer der Kupferstreifen 5 ist in der 6 dargestellt, der andere Kupferstreifen ist in der 6 verdeckt angeordnet. Die Kupferstreifen 4, 5 erstrecken sich wiederum durch eine Nut 21 des Lenkradkranzes 20. Aufgrund der starken Krümmungen im Bereich der Nut 21 ist ein solcher Kupferstreifen 5 jedoch schwerer zu verlegen als eine durch ein Metallgewirke geformte Elektrode.
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Im Ausführungsbeispiel der 6 ist in einem Bereich 22 um die Nut 21 herum das flächig ausgebildete Heizelement 3 ausgespart, wobei dies jedoch ledig optional der Fall ist und das Heizelement 3 sich alternativ auch in den Bereich der Nut 21 erstrecken kann. Bei dem Heizelement 3 handelt es sich wie bereits erläutert beispielsweise um einen Heizlack oder um eine leitfähige Kunststofffolie. Eine solche Kunststofffolie wird beispielsweise mittels eines Klebers auf der Skelettummantelung aufgebracht. Sie kann Perforationen aufweisen, um glattes Anliegen an der Skelettummantelung zu erleichtern.
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Die 7 zeigt in seitlicher Ansicht einen Abschnitt eines Lenkradkranzes 20 unter Darstellung zwei benachbarter Elektroden 4, 5, die jeweils aus einem Metallgewirke gebildet sind und ein flächig ausgebildetes Heizelement 3 kontaktieren. Dabei kann vorgesehen sein, dass in der Skelettummantelung Aussparungen ausgebildet sind, in die die Elektroden 4, 5 verlegt sind, um ein Abzeichnen der Elektroden auf der Kranzoberfläche zu vermeiden.
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Die 8 verdeutlicht, dass die Lenkradheizvorrichtung aufgrund der Verwendung eines Flächenheizungssystems bei geringfügigen Fehlstellen wie Rissen, Lochungen und Unterbrechungen der Leiter bzw. Elektroden 4, 5 funktionsfähig bleibt. Beispielhaft ist eine Fehlstelle in der 8 mit X bezeichnet. Solange in die Kontinuität der Elektroden 4, 5 in Längsrichtung des Lenkradkranzes bewahrt bleibt, ist eine solche Fehlstelle unproblematisch.
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Die Dicke einer Lackschicht bzw. die Dicke einer leitfähigen Kunststofffolie, die das flächig ausgebildete Heizelement bildet, liegt beispielsweise im Bereich zwischen 0,1 und 0,9 mm.
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Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausgestaltung nicht auf die vorstehend dargestellten Ausführungsbeispiele, die lediglich beispielhaft zu verstehen sind. Beispielsweise können die zur Energieübertragung eingesetzten Elektroden bzw. Leiter aus diversen leitfähigen Stoffen und Materialien in verschiedenster Geometrie bestehen, beispielsweise auch aus leitfähigen Gewirken. Weiter kann in Ausführungsbeispielen der Erfindung vorgesehen sein, dass durch Bereitstellen eines Heizelementes mit temperaturabhängigem Flächenwiderstand die Temperatur des Heizelementes ohne die Notwendigkeit der Verwendung eines Thermostats eine Selbstregulierung erfährt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007018540 A1 [0004, 0012]
- DE 112010003312 T5 [0005]
