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Die Erfindung betrifft ein Lenkrad nach Anspruch 1.
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Technischer Hintergrund
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In fast jedem Lenkrad eines PKWs, eines Buses oder eines LKWs ist ein Hupenschalter angeordnet. Hierzu ist ein Hupenbetätigungselement des Lenkrades am Lenkradkörper in einer solchen Weise gehalten, dass es gegen die Kraft von Federn niedergedrückt werden kann. Meistens ist dieses Hupenbetätigungselement ein Gassackmodul oder ein Teil desselben, insbesondere dessen Abdeckung (Cover). Die Oberfläche der Abdeckung dient als eine Betätigungsfläche des Hupenschalters. Wenn das gesamte Gassackmodul niedergedrückt werden kann, spricht man in der Regel von einem Floating-Modul-Konzept, wenn nur die Abdeckung beweglich ist, spricht man in der Regel von einem Floating-Cover-Konzept. Oft ist mehr als ein Hupenschalter vorhanden, aber aus Gründen der Einfachheit wird im Folgenden auf nur einen solchen Hupenschalter abgestellt.
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Im einfachsten Fall besteht der Hupenschalter aus einem Kontakt am Lenkradkörper, einem passenden Gegenkontakt am Betätigungselement des Lenkrades und einer Feder. Solange keine Kraft auf das Betätigungselement angewandt wird, sind die Kontakte aufgrund einer Feder voneinander beabstandet. Wenn das Betätigungselement gegen die Kraft der Feder niedergedrückt wird, kommen die beiden Kontakte in Kontakt miteinander und schließen einen Stromkreis, was zu einer Betätigung der Hupe führt. Ein Nachteil dieser Konstruktion ist, dass die Kontakte mechanischer oder elektrischer Abnutzung ausgesetzt sein können.
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Die gattungsgemäße
EP 2 326 534 B1 schlägt vor, in einem Hupenschalter eines Lenkrads einen Kraftaufnehmer in Form eines Dehnungsmessers zu verwenden. Kraftaufnehmer sind Widerstände, die ihren elektrischen ohmschen Widerstand in Reaktion auf mechanische Spannung, die auf sie ausgeübt wird, ändern. Ein Dehnungsmesser ist ein Beispiel eines Kraftaufnehmers. In dem in der
EP 2 326 534 B1 beschriebenen Lenkrad ist ein Dehnungsmesser zwischen einer Kraftübertragungskomponente des Lenkradkörpers und einer Kraftübertragungskomponente des Gassackmoduls in der Weise angeordnet, dass der Dehnungsmesser belastet wird, wenn das Gassackmodul gegen den Lenkradkörper niedergedrückt wird. Die Veränderung des elektrischen Widerstandes des Dehnungsmessers kann gemessen werden und das Ergebnis der Messung kann zum Erzeugen des Hupenbetätigungssignals verwendet werden. Um das Hupenbetätigungssignal in Reaktion auf die Änderung des elektrischen Widerstands des Dehnungsmessers zu erzeugen, benötigt man eine elektrische Schaltung, beispielsweise in Form einer Steuer- und Auswerteeinheit.
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Aus der
DE 101 00 257 A1 ist die Verwendung eines Drucksensors als als Kraftaufnehmer in einem Lenkrad bekannt.
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Die
DE 10 2009 043 601 A1 zeigt die Verwendung eines Wegaufnehmers zwischen Gassackmodul und Lenkradkörper zur Erzeugung des Hupensignals.
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Es hat sich herausgestellt, dass die Verwendung eines Kraftaufnehmers Vorteile gegenüber der Verwendung von „klassischen“ elektrischen Schaltern aufweist. Die wichtigsten sind, dass nur sehr kleine Wegstrecken zwischen dem Lenkradkörper und dem Hupenbetätigungselement (dem Gassackmodul oder seiner Abdeckung) erforderlich sind und dass die Kraftaufnehmer frei von Verschleiß sind.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe dieser Erfindung, ein Lenkrad, dessen wenigstens einer Hupenschalter einen Kraftaufnehmer aufweist, weiter zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch ein Lenkrad mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Es hat sich gezeigt, dass die Verwendung eines Kraftaufnehmers, der als empfindliches Element einen sogenannten Dickfilm-Dehnungsmesser, der auf einem starren Körper angeordnet ist, aufweist, Vorteile gegenüber der Verwendung herkömmlicher Dehnungsmesser hat. Solche Arten von Kraftaufnehmern werden üblicherweise in Druckmessvorrichtungen verwendet. Ein Kraftaufnehmers dieses Typs hat zwei Hauptvorteile. Erstens ist seine elektrische Antwort auf eine Änderung der mechanischen Spannung sehr präzise, was die Auswertung seiner Signale relativ einfach macht. Zweitens verformt er sich praktisch nicht, wenn Druck auf ihn ausgeübt wird. Diese Eigenschaft eröffnet die Möglichkeit einer Hupenbetätigung mit kleinem Weg, was bedeutet, dass das Hupenbetätigungselement (meist das Gassackmodul oder ein Teil desselben) nur einen kurzen Weg relativ zu dem Lenkradkörper zurücklegen muss, wenn Druck auf die Hupenbetätigungsfläche ausgeübt wird, um die Hupe zu betätigen. Dies hat Vorteile in Bezug auf die Vermeidung von Klappergeräuschen, die Vermeidung von Verschleiß und die Vermeidung von ungleichmäßigen Spalten zwischen Gassackmodul und Lenkradkörper.
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Aber ein Problem tritt in Verbindung mit der Verwendung dieser Art von Kraftaufnehmern auf, nämlich, dass solche Kraftaufnehmer empfindlich gegenüber mechanischen Stößen sind. Es kommt relativ häufig vor, dass die Hand des Fahrers die Hupenbetätigungsfläche mit hoher Geschwindigkeit trifft, zum Beispiel, weil der Fahrer wütend ist. Wenn ein Kraftaufnehmer mit einem starren Körper so zwischen dem Lenkradkörper und dem Hupenbetätigungselement angeordnet wäre, dass die Kraft, die auf den Kraftaufnehmer einwirkt, ansteigt, wenn eine Druckkraft auf die Betätigungsfläche des Betätigungselements ausgeübt wird, würde ein Schock auf den Kraftaufnehmer übertragen werden, was eventuell zu einem mechanischen Versagen desselben führen würde, beispielsweise zu einem Bruch des starren Körpers.
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Um dieses Problem zu lösen, weist der Drücker, der auf den Kraftaufnehmer einwirkt, ein erstes Teil, das zumindest abschnittsweise elastisch verformbar ist, auf, so dass sich der erste Teil elastisch verformt (nämlich seine Länge reduziert), wenn eine Druckkraft auf ihn angewandt wird, derart, dass seine Beaufschlagungsfläche direkt oder indirekt auf den Kraftaufnehmer wirkt. Ferner ist eine Bypass-Einheit vorgesehen, die eine erste Bypass-Fläche, die mit der Hupenbetätigungskomponente verbunden oder ein Teil derselben ist, und eine zweite Bypass-Fläche, die mit dem Lenkradkörper verbunden oder ein Teil desselben ist, aufweist. Wenn eine Kraft auf die Hupenbetätigungsfläche ausgeübt wird, die einen vorgegebenen Wert übersteigt, wird das erste Teil des Drückers verkürzt und wegen dieses Verkürzens kommen die beiden Bypass-Flächen in Kontakt zueinander, so dass ein Teil der Kraft die auf die Hupenbetätigungsfläche ausgeübt wird, den Kraftaufnehmer umgeht. So ist die Druckkraft, die der Drücker an den Kraftaufnehmer ausüben kann, auf die Kraft, die benötigt wird, um den elastisch verformbaren Abschnitt in dem Ausmaß zu verformen, dass die zwei Bypass-Flächen in Kontakt miteinander gebracht werden, begrenzt. Dadurch wird eine mechanische Überlastung des Kraftaufnehmers sicher vermieden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das erste Teil des Drückers zumindest abschnittsweise in einem Hülsenabschnitt eines zweiten Teils des Drückers angeordnet, der auch Teil der Bypass-Einheit ist. Dadurch kann ein kleiner und gut definierter Spalt zwischen den Bypass-Flächen realisiert werden. Ein kleiner und gut definierter Spalt ermöglicht es, dass die maximale Kraft, die auf den Kraftaufnehmer ausgeübt werden kann, gut definiert ist und sehr kleine Wegstrecken realisiert werden können. In diesem Fall ist es weiter bevorzugt, dass der Kraftaufnehmer in einer Hülse angeordnet ist.
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Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind in den weiteren Unteransprüchen angegeben
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Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Figuren beschrieben. Die Figuren zeigen:
- 1 eine schematische Schnittansicht eines Lenkrades,
- 2 das Detail D in 1 in einem Zustand, in dem das Gassackmodul nicht gegen den Lenkradkörper niedergedrückt ist, und
- 3 das in 2 Gezeigte, wenn das Modul mit einer Kraft niedergedrückt wird, die einen vorgegebenen Wert überschreitet.
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1 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lenkrads. Das gezeigte Lenkrad ist das Lenkrad eines sogenannten Floating-Modul-Konzepts, was bedeutet, dass ein Gassackmodul 20, das im Nabenbereich des Lenkradkörpers 10 untergebracht ist, gegen die Kraft von Federn oder anderer elastischer Elemente gegen diesen Lenkradkörper 10 niedergedrückt werden kann. Es sollte hier angemerkt werden, dass das erfindungsgemäße Konzept auch auf ein sogenanntes Floating-Cover-Konzept angewendet werden könnte, bei dem nur die Abdeckung eines Gassackmoduls 20 gegen den Lenkradkörper 10 niedergedrückt werden kann.
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Das Gassackmodul 20 umfasst ein Gassackgehäuse 22 mit einem Dach, dessen in Richtung des Inneren des Fahrzeugs zeigende Außenfläche als Betätigungsfläche 23 für die Hupe des Fahrzeugs dient. Ein Gasgenerator 26 ist an der Unterseite dieses Gassackgehäuses 22 befestigt und ein Gassack 24 ist in dieses Airbaggehäuse 22 gefaltet.
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Kraftübertragungseinheiten H erstrecken sich zwischen dem Boden des Gassackgehäuses 22 und dem Boden der Nabe des Lenkradkörpers 10. Diese Kraftübertragungseinheiten H halten und positionieren auch das Gassackmodul 20 am Lenkradkörper. Üblicherweise werden drei solcher Kraftübertragungseinheiten verwendet, aber wegen der Schnittdarstellung sind in 1 nur zwei gezeigt. In der gezeigten Ausführungsform sind die Kraftübertragungseinheiten die einzige Verbindung zwischen dem Gassackmodul und dem Lenkradkörper (zumindest solange der Gasgenerator nicht gezündet ist). Dies ist der mechanisch einfachste (und am einfachsten zu verstehende) aber nicht der einzige mögliche Fall.
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Das Gassackmodul 20 kann zusätzlich mittels Haken 28, die sich vom Boden des Gassackgehäuses 22 und durch im Boden der Nabe des Lenkradkörpers 10 vorhandene Löcher erstrecken, am Lenkradkörper 10 gesichert werden. Diese Haken 28 können an dem Lenkradkörper 10 mittels einer Klammer 12 oder ähnlichem gesichert werden. In der gezeigten Ausführungsform verbinden die Haken 28 das Gassackmodul während des „normalen“ Betriebs des Kraftfahrzeugs nicht mit dem Lenkradkörper, da ein Spalt zwischen jedem Haken 28 und der Klammer 12 besteht. Die Haken 28 und die Klammer 12 können hohen Kräften widerstehen, so dass sie das Gassackmodul sicher am Lenkradkörper halten können, wenn der Gasgenerator gezündet wird und der expandierte Gassack 24 eine Zugkraft auf das Gehäuse 22 ausübt.
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Da die Kraftübertragungseinheiten H das Gassackmodul 20 mit dem Lenkradkörper 10 verbinden, fließt eine Druckkraft, die auf die Betätigungsfläche 23 ausgeübt wird, durch die Kraftübertragungseinheiten H zum Lenkradkörper 10 und folglich werden die Kraftübertragungseinheiten H dann einer mechanischen Spannung ausgesetzt. Da die Kraftübertragungseinheiten H jeweils einen Kraftaufnehmer 70 aufweisen, kann diese Spannung verwendet werden, um ein Hupenbetätigungssignal zu erzeugen, da diese Spannung den elektrischen Widerstand (oder eine andere elektrische Eigenschaft) dieses Kraftaufnehmers ändert.
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Normalerweise haben alle Kraftübertragungseinheiten H den gleichen Aufbau, so dass es ausreichend ist, nur eine dieser Kraftübertragungseinheiten H zu beschreiben. Die 2 zeigt eine derartige Kraftübertragungseinheit in einem schematischen Querschnitt:
- Wie bereits erwähnt wurde, ist das elektrisch sensitive Element ein Kraftaufnehmer 70, der aus einem starren Körper 72, insbesondere einem keramischen Körper 72, und einem Dickfilm-Dehnungsmesser 74, der an der oberen oder der unteren Oberfläche dieses starren Körpers 72 angeordnet ist, besteht. Der Kraftaufnehmer 70 ist in einer Hülse 60 angeordnet, die im gezeigten Ausführungsbeispiel am Lenkradkörper 10 befestigt ist. Es ist bevorzugt, dass der Kraftaufnehmer 70 vollständig von der Hülse 70 aufgenommen ist. Die Stirnfläche der Hülse 60, die in Richtung des Gassackmoduls 20 zeigt, wird als die zweite Bypass-Fläche 62 bezeichnet.
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Es ist ein Drücker 40 zum Beaufschlagen des Kraftaufnehmers vorhanden. Da die den Kraftaufnehmer 70 aufnehmende Hülse 60 in der beschriebenen Ausführungsform mit dem Lenkradkörper 10 verbunden ist, ist der Drücker 40 mit dem Gassackmodul 20 - hier dem Boden des Airbag-Gehäuses 22 - verbunden.
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Nach den in dieser Anmeldung gewählten Definitionen besteht der Drücker 40 aus einem ersten Teil 42 mit einer Beaufschlagungsfläche 43 zum Einwirken auf den Kraftaufnehmer 70 und einem zweiten Teil 50, in dem sich das erste Teil 42 zumindest abschnittsweise befindet. Das zweite Teil 50 kann ein beispielsweise aus einem Kunststoffmaterial hergestelltes einteiliges Element sein, welches aus einer Basis 58 und einem Hülsenabschnitt 51, der sich von der Basis 58 erstreckt, besteht. Das erste Teil 42 des Drückers umfasst zwei Abschnitte, die in dieser Ausführungsform unterschiedliche Elemente sind. Das erste Element ist eine Druckfeder 44, die einen elastischen Abschnitt des ersten Teils des Drückers bildet, das zweite Element ist das starre Element 46, das den starren Abschnitt des ersten Teils 42 des Drückers 40 bildet. Es muss erwähnt werden, dass es bevorzugt ist, dass das erste Teil 42 des Drückers 40 aus einer Feder 44 und einem starren Element 46 zusammengesetzt ist, die mechanisch in Reihe angeordnet sind, aber dies ist nicht unbedingt erforderlich. Das erste Teil 42 des Drückers 40 könnte auch nur aus einem elastisch verformbaren Teil bestehen.
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Wie der 2 leicht entnommen werden kann, erstreckt sich die Feder 44 zwischen der Kraftübertragungsfläche 54 des zweiten Teils des Drückers (nämlich der Basis 58) und der Oberfläche des starren Abschnitts 46, welche der in Richtung des Kraftaufnehmers zeigenden und an diesem anliegenden Beaufschlagungsfläche 43 entgegengesetzt ist. Die Beaufschlagungsfläche 43 und die jeweilige Oberfläche des Kraftaufnehmers können zum Beispiel durch Kleben oder andere geeignete Mittel miteinander verbunden sein.
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Nasen 48 des starren Elements 46 erstrecken sich in Fenster 56 des Hülsenabschnitts 51. Da die Druckfeder 44 vorgespannt ist, werden die unteren Flächen 48a der Nasen 48 gegen die unteren Flächen 56a der Fenster 56 gedrückt. So ist die Länge l1 des Drückers, wenn er in seinem Ruhezustand und frei von äußeren Kräften ist, eindeutig definiert. Die Vorspannkraft der Druckfeder kann beispielsweise 20 N oder mehr betragen.
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Die untere Stirnfläche des Hülsenabschnitts wird als erste Bypass-Fläche 52 bezeichnet. Die obere Stirnfläche der Hülse 60, in der sich der Kraftaufnehmer befindet, wird als zweite Bypass-Fläche 62 bezeichnet. Die beiden Bypass-Flächen liegen einander gegenüber und sind voneinander beabstandet, wenn keine äußere Kraft auf den Drücker 40 ausgeübt wird (2). Der Abstand zwischen den beiden Bypass-Flächen kann klein sein und beispielsweise 1 oder 2 mm betragen.
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Wenn der Fahrer auf die Betätigungsfläche 23 drückt, die die Abdeckung des Gassackmoduls ist, wird diese Druckkraft über die Kraftübertragungseinheiten H auf den Lenkradkörper übertragen. Wenn eine Kraft Ft auf den Drücker ausgeübt wird, wird die gesamte Kraft durch die Beaufschlagungsfläche 43 des Drückers auf den Kraftaufnehmer übertragen, solange diese Kraft die Vorspannkraft der Feder 44, die in diesem Fall nicht verformt wird, nicht überschreitet. Aber wenn die Kraft Ft die Vorspannkraft der Feder 44 überschreitet, wird die Feder 44 zusammengedrückt und die Länge des Drückers verringert, bis die erste Bypass-Fläche 52 in Kontakt mit der zweiten Bypass-Fläche 62 kommt (3). Dieser Zustand definiert die minimale Länge l2 des Drückers 40. In diesem Zustand bildet sich ein Kraft-Bypass, der den Kraftaufnehmer umgeht, da der Betrag der Druckkraft, der eine maximale Kraft Fm (die etwas höher ist als die Vorspannkraft der Feder 44) übersteigt, den Kraftaufnehmer 70 umgeht (umgehende Kraft Fb). So ist die maximale Kraft, die auf den Kraftaufnehmer 70 ausgeübt werden kann, begrenzt und eine Beschädigung des Kraftaufnehmers wird vermieden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Lenkradkörper
- 20
- Gassackmodul
- 22
- Gassack-Gehäuse
- 23
- Betätigungsfläche
- 24
- Gassack
- 26
- Gasgenerator
- 40
- Drücker
- 42
- Erstes Teil des Drückers
- 43
- Beaufschlagungsfläche
- 44
- Elastischer Abschnitt des ersten Teils des Drückers (Feder)
- 46
- Starrer Abschnitt des ersten Teils des Drückers (starres Element)
- 48
- Nase
- 48a
- Untere Fläche der Nase
- 50
- Zweites Teil des Drückers
- 51
- Hülsenabschnitt
- 52
- Erste Bypass-Fläche
- 54
- Kraftübertragungsfläche
- 56
- Fenster
- 56a
- Untere Oberfläche des Fensters
- 58
- Basis
- 60
- Hülse
- 62
- Zweite Bypass-Fläche
- 70
- Kraftaufnehmer
- 72
- Keramischer Körper
- 74
- Dickfilm-Dehnungsmesser
- Ft
- Gesamtkraft, die auf Drücker ausgeübt wird
- Fm
- maximale Kraft, welche auf den Kraftaufnehmer ausgeübt wird
- Ft
- Bypass-Kraft
- H
- Kraftübertragungseinheit
