DE102017121967A1

DE102017121967A1 - Lenkradbaugruppe und erwärmtes lenkradsystem

Info

Publication number: DE102017121967A1
Application number: DE102017121967.6A
Authority: DE
Inventors: Adnan Najib Dubaisi; James Robert Chascsa II; Michael Joseph Dean
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2016-09-30
Filing date: 2017-09-21
Publication date: 2018-04-05
Also published as: CN107878550A; US20180093696A1

Abstract

Eine Lenkradbaugruppe beinhaltet einen Innenkörper, ein sich über dem Innenkörper befindendes Wärmesenkenmaterial und eine sich über dem Wärmesenkenmaterial befindende Heizmatte. Die Lenkradbaugruppe beinhaltet auch eine sich über der Heizmatte befindende äußere Umhüllung. Ein erwärmtes Lenkradsystem wird ebenfalls offenbart.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Dieses Dokument betrifft im Allgemeinen das Gebiet der Kraftfahrzeugausstattung und insbesondere eine Lenkradbaugruppe sowie ein erwärmtes Lenkradsystem, das diese Lenkradbaugruppe beinhaltet.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
In der Technik ist es bekannt, Kraftfahrzeuge mit erwärmten Lenkrädern auszustatten, die ein resistives Heizelement beinhalten, das von einem Thermostat oder einer anderen Steuerung gesteuert wird. Wenn eine gegebene Temperatur erreicht wird, schaltet das Thermostat/die Steuerung die Energie an das resistive Heizelement in dem Lenkrad ab. Wärme wird dann schnell durch die Lenkradverkleidung in die Innenzellenatmosphäre des Kraftfahrzeugs übertragen.
Dieses Dokument betrifft eine neue und verbesserte Lenkradbaugruppe, die ein Wärmesenkenmaterial zwischen dem Innenkörper der Lenkradbaugruppe und der Heizmatte der Lenkradbaugruppe beinhaltet. Vorteilhafterweise speichert das Wärmesenkenmaterial Wärme von der Heizmatte und gibt sie langsamer in die Innenzellenatmosphäre des Kraftfahrzeugs frei. Vorteilhafterweise behält die neue und verbesserte Lenkradbaugruppe, die in diesem Dokument offenbart wird, eine gleichmäßigere Lenkradbaugruppentemperatur bei, um für erhöhten Bedienerkomfort zu sorgen, während gleichzeitig der Energiebedarf reduziert wird.
KURZDARSTELLUNG
In Übereinstimmung mit den hierin beschriebenen Zwecken und Vorteilen wird eine Lenkradbaugruppe bereitgestellt. Diese Lenkradbaugruppe umfasst einen Innenkörper, ein sich über dem Innenkörper befindendes Wärmesenkenmaterial, eine sich über dem Wärmesenkenmaterial befindende Heizmatte und eine sich über der Heizmatte befindende äußere Umhüllung.
In einer oder mehreren Ausführungsformen kann das Wärmesenkenmaterial eine einzelne Schicht aus einem stark wärmeleitenden Material umfassen. Für die Zwecke dieses Dokuments bedeutet „stark wärmeleitendes Material“ ein Material, das eine Wärmeleitfähigkeit gleich oder größer als 204 (W/(m·Kº)) aufweist.
Diese einzelne Schicht kann ein fester Bogen, ein Gitter oder eine gesprühte Matte sein.
Die einzelne Schicht aus wärmeleitendem Material kann aus einem geeigneten Metall, einem geeigneten Mineral oder einem geeigneten Verbundstoff gefertigt sein. Geeignete Metalle umfassen unter anderem Kupfer und Aluminium. Ein geeignetes Mineral umfasst unter anderem Diamant, Graphit oder andere Kohlenstoffmaterialien. Geeignete Verbundstoffe umfassen verschiedene Metallverbundstoffe wie zum Beispiel Kupfer-Wolfram-Pseudolegierung, Aluminium-(Siliziumkarbid)-Verbundstoff, Dymalloy und Berylliumoxid in Berylliummatrix. Außerdem kann die einzelne Schicht aus stark wärmeleitendem Material eine beliebige Kombination aus dem Vorstehenden umfassen.
Der Innenkörper kann um eine Armatur geformten Polyurethanschaum umfassen.
In einer oder mehreren alternativen Ausführungsformen kann das Wärmesenkenmaterial mehrere Schichten aus einem stark wärmeleitenden Material, das eine Wärmeleitfähigkeit gleich oder größer als 204 (W/m·Kº) aufweist, umfassen. In solch einer Ausführungsform kann zumindest eine der Schichten der mehreren Schichten ein fester Bogen, ein Gitter oder eine gesprühte Matte sein. Ferner kann zumindest eine der mehreren Schichten aus stark wärmeleitendem Material aus einer Gruppe an Materialien ausgewählt sein, die aus einem Metall, einem Mineral, einem Verbundstoff, Kupfer, Aluminium, Diamant, Graphit oder anderem Kohlenstoffmaterial, Kupfer-Wolfram-Pseudolegierung, Aluminium-(Siliziumkarbid)-Verbundstoff, Dymalloy, Berylliumoxid und Berylliummatrix und Kombinationen davon besteht. Ferner kann der Innenkörper um eine Armatur geformten Polyurethanschaum umfassen.
In Übereinstimmung mit noch einem weiteren Aspekt wird ein erwärmtes Lenkradsystem bereitgestellt. Dieses erwärmte Lenkradsystem umfasst eine Lenkradbaugruppe, eine Energiequelle und eine Steuerung, die konfiguriert ist, um Energie von der Energiequelle zu der Heizmatte zu lenken. Die Lenkradbaugruppe beinhaltet einen Innenkörper, ein sich über dem Innenkörper befindendes Wärmesenkenmaterial, eine sich über dem Wärmesenkenmaterial befindende Heizmatte und eine sich über der Heizmatte befindende äußere Umhüllung.
Das Wärmesenkenmaterial kann zumindest eine Schicht aus einem stark wärmeleitenden Material, das eine Wärmeleitfähigkeit gleich oder größer als 204 W/(m·Kº) aufweist, beinhalten.
Die zumindest eine Schicht aus stark wärmeleitendem Material kann aus einer Gruppe an Materialien ausgewählt sein, die aus einem Metall, einem Mineral, einem Verbundstoff, Kupfer, Aluminium, Diamant, Graphit oder anderem Kohlenstoffmaterial, Kupfer-Wolfram-Pseudolegierung, Aluminium-(Siliziumkarbid)-Verbundstoff, Dymalloy, Berylliumoxid in Berylliummatrix und Kombinationen davon besteht. Ferner kann der Innenkörper um eine Armatur geformten Polyurethanschaum umfassen.
In der folgenden Beschreibung werden mehrere bevorzugte Ausführungsformen der Lenkradbaugruppe und des erwärmten Lenkradsystems, das die Lenkradbaugruppe beinhaltet, gezeigt und beschrieben. Es sollte klar sein, dass das Lenkrad und das erwärmte Lenkradsystem zu anderen, unterschiedlichen Ausführungsformen in der Lage sind und ihre mehreren Details zur Modifikation in verschiedenen, naheliegenden Aspekten in der Lage sind, ohne jeweils von dem Lenkrad und dem erwärmten Lenkradsystem abzuweichen, wie sie in den folgenden Ansprüchen dargelegt und beschrieben werden. Dementsprechend sind die Zeichnungen und Beschreibungen ihrem Wesen nach als veranschaulichend und nicht als einschränkend zu betrachten.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGSFIGUREN
Die beigefügten Zeichnungsfiguren, die hierin aufgenommen sind und einen Teil der Patentschrift bilden, veranschaulichen mehrere Aspekte der Lenkradbaugruppe und des erwärmten Lenkradsystems und dienen gemeinsam mit der Beschreibung dazu, bestimmte Grundsätze davon zu erläutern. In den Zeichnungsfiguren gilt:
1 ist eine perspektivische auseinandergezogene Ansicht der Lenkradbaugruppe.
2 ist eine Querschnittsansicht der in 1 veranschaulichten Lenkradbaugruppe.
3 ist eine detaillierte schematische Ansicht, die ein Wärmesenkenmaterial veranschaulicht, das mehrere Schichten aus einem stark wärmeleitenden Material beinhaltet.
4 ist ein schematisches Blockdiagramm, das ein erwärmtes Lenkradsystem veranschaulicht, das die Lenkradbaugruppe aus 1 und 2 beinhaltet.
Nun wird ausführlich auf die vorliegenden bevorzugten Ausführungsformen der Lenkradbaugruppe und des erwärmten Lenkradsystems Bezug genommen, von denen Beispiele in den beigefügten Zeichnungsfiguren veranschaulicht sind.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Nun erfolgt eine Bezugnahme auf 1 und 2, die eine erste Ausführungsform der Lenkradbaugruppe 10 veranschaulichen. Die Lenkradbaugruppe 10 beinhaltet einen Innenkörper 12, ein sich über dem Innenkörper 12 befindendes Wärmesenkenmaterial 14, eine sich über dem Wärmesenkenmaterial befindende Heizmatte 16 und eine sich über der Heizmatte befindende äußere Umhüllung 18.
Insbesondere, wie in 2 am besten gezeigt, umfasst der Innenkörper 12 der veranschaulichten Ausführungsform um eine aus Metall oder anderem geeigneten Material gefertigte Armatur 22 geformten Polyurethanschaum 20. Wie in 2 veranschaulicht, weist die Armatur 22 einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt auf. Ein solcher Querschnitt sollte als beispielhaft und nicht als den Umfang einschränkend betrachtet werden. Somit versteht sich, dass die Armatur 22 im Wesentlichen eine beliebige andere geeignete Querschnittsform annehmen kann. Wie ebenfalls in 2 veranschaulicht, entspricht das Wärmesenkenmaterial 14 der Form des Innenkörpers 12 und insbesondere des Polyurethanschaums 20 und umgibt oder umschließt es/ihn vollständig.
In der in 2 veranschaulichten Ausführungsform umfasst das Wärmesenkenmaterial 14 eine einzelne Schicht aus einem stark wärmeleitenden Material, das eine Wärmeleitfähigkeit gleich oder größer als 204 W/(m·Kº) aufweist. Die einzelne Schicht an Wärmesenkenmaterial 14 kann einen festen Bogen, ein Gitter oder sogar eine gesprühte Matte umfassen. Ferner kann die einzelne Schicht an Wärmesenkenmaterial 14 aus einem beliebigen geeigneten Metall, Mineral oder Verbundmaterial gefertigt sein. Geeignete Metalle umfassen unter anderem Kupfer und Aluminium. Geeignete Mineralien umfassen unter anderem Diamant, Graphit oder anderes Kohlenstoffmaterial wie zum Beispiel Kohlenstoffnanoröhrchen oder dergleichen.
Geeignete Verbundstoffe umfassen unter anderem Metallmatrixverbundstoffe wie zum Beispiel Kupfer-Wolfram-Pseudolegierung, Aluminium-(Siliziumkarbid)-Verbundstoff, Dymalloy und Berylliumoxid in Berylliummatrix. Ferner versteht sich, dass die einzelne Schicht an Wärmesenkenmaterial 14 aus einem beliebigen der vorstehenden Materialien oder einer beliebigen Kombination aus diesen Materialien gefertigt sein kann.
Insbesondere ist Aluminium-(Siliziumkarbid), auch als AlSiC bekannt, ein Metallmatrixverbundstoff, der aus in einer Aluminiummatrix gehaltenen Aluminiumsiliziumkarbidpartikeln besteht. Aluminium-(Siliziumkarbid)-Verbundstoff weist eine hohe Wärmeleitfähigkeit in der Ordnung von 180–200 W/(m·Kº) auf, die gut für den Einschluss in die Lenkradbaugruppe 10 geeignet ist.
Dymalloy ist ein Metallmatrixverbundstoff, der aus Diamant Typ I, gehalten in einer Verbundmatrix aus 20 % Kupfer und 80 % Silber, besteht. Dymalloy weist eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit von 420 (W/m·Kº) auf, die ebenfalls gut für den Einschluss in die Lenkradbaugruppe 10 geeignet ist.
3 ist eine detaillierte schematische Veranschaulichung einer alternativen Ausführungsform von Wärmesenkenmaterial 14, das mehrere Schichten 24, 26 beinhaltet. Die zwei Schichten 24, 26 können aus dem gleichen oder aus verschiedenen Materialien hergestellt sein. Zumindest eine der zwei Schichten 24, 26 ist aus einem geeigneten Metall, einem geeigneten Mineral oder einem geeigneten Verbundmaterial gefertigt. Ein geeignetes Metallmaterial umfasst unter anderem Kupfer und Aluminium. Ein geeignetes Mineralmaterial umfasst unter anderem Diamant, Graphit oder anderes Kohlenstoffmaterial wie zum Beispiel Kohlenstoffnanoröhrchen oder dergleichen. Ein geeignetes Verbundmaterial umfasst unter anderem Metallmatrixmaterialien wie zum Beispiel Kupfer-Wolfram-Pseudolegierung, Aluminium-(Siliziumkarbid)-Verbundstoff, Dymalloy und Berylliumoxid in Berylliummatrix. Zumindest eine der Schichten 24, 26 kann eine beliebige Kombination aus diesen Materialien umfassen. Während zwei Schichten 24, 26 veranschaulicht sind, versteht sich, dass das Wärmesenkenmaterial 14 auch mehr als zwei Schichten umfassen könnte.
In einer beliebigen der Ausführungsformen würden die Schichten 24, 26 des Wärmesenkenmaterials 14 derart verarbeitet, dass ihre Oberflächen elektrisch nicht leitfähig sind, aber ihre Wärmeleitfähigkeit beibehalten. Ferner versteht sich, dass die Schichten 24, 26 auf eine Weise zusammengefügt sind, die eine Wärmeleitung in beide Richtungen ermöglicht. Dies ermöglicht dem Wärmesenkenmaterial 14, Wärmeenergie oder Wärme, die durch die Heizmatte 16 an die Lenkradbaugruppe 10 geliefert wird, zu speichern sowie Wärmeenergie oder Wärme auf eine langsame und gleichmäßige Weise freizusetzen, wenn die Heizmatte 16 abgeschaltet ist. In einer beliebigen mehrschichtigen Kombination kann die äußere Schicht des Wärmesenkenmaterials 14, die in Richtung der äußeren Umhüllung 18 ausgerichtet ist, derart ausgestaltet sein, dass sie den Fluss der Wärmeleitung aus der Lenkradbaugruppe 10 hinaus steuert.
Die äußere Umhüllung 18 kann ein beliebiges geeignetes Material umfassen, das dazu geeignet ist, eine Schnittstelle zwischen der Lenkradbaugruppe 10 und den Händen des Kraftfahrzeugführers bereitzustellen. In einer möglichen Ausführungsform ist die äußere Umhüllung 18 aus Leder gefertigt, das eine gute taktile Empfindung bereitstellt und eine angenehme Wärme von der Lenkradbaugruppe 10 in die Hände des Kraftfahrzeugführers leitet. Natürlich könnten für die äußere Umhüllung 18 andere geeignete Materialien wie zum Beispiel Alcantara verwendet werden.
Nun wird auf 4 Bezug genommen, welche ein schematisches Blockdiagramm eines erwärmten Lenkradsystems 30 ist. Das erwärmte Lenkradsystem 30 beinhaltet eine Lenkradbaugruppe 10 wie vorstehend in 1–3 veranschaulicht und beschrieben, eine Energiequelle 32 wie zum Beispiel die primäre Kraftfahrzeugbatterie und eine Steuerung 34. Die Steuerung 34 kann eine Rechenvorrichtung sein, wie etwa ein dedizierter Mikroprozessor oder eine dedizierte elektronische Steuerungseinheit (ECU), der/die gemäß den Anweisungen von geeigneter Steuerungssoftware arbeitet. Somit kann die Steuerung 34 einen oder mehrere Prozessoren, einen oder mehrere Speicher und eine oder mehrere Netzwerkschnittstellen umfassen, die alle miteinander über einen Kommunikationsbus kommunizieren.
Wie ferner in 4 veranschaulicht, kann die Steuerung 34 mit einem Thermostat 36 verbunden sein, das die Temperatur der Heizmatte 16 beobachtet. Wie in 4 veranschaulicht, beinhaltet die Heizmatte 16 zumindest ein Widerstandsheizelement 38.
Wenn das erwärmte Lenkradsystem 30 angeschaltet ist, wie zum Beispiel durch den Aktor 40, der eine Drucktaste oder dergleichen umfassen kann, lenkt die Steuerung 34 Energie von der Energiequelle 32 zu dem Widerstandsheizelement 38 der Heizmatte 16. Die Heizmatte 16 beginnt dann, die Lenkradbaugruppe 10 zu erwärmen. Ein Teil dieser Wärme oder Wärmeenergie wird in dem Wärmesenkenmaterial 14 gespeichert und ein Teil der durch die Heizmatte 16 erzeugten Wärme wird durch die äußere Umhüllung 18 in die Hände des Kraftfahrzeugführers und in die Innenatmosphäre des Kraftfahrzeugs geleitet.
Sobald die Heizmatte 16 eine zuvor festgelegte Temperatur erreicht, stellt das Thermostat 36 durch die Steuerlinie 42 ein geeignetes Signal an die Steuerung 34 bereit und die Steuerung schaltet die Heizmatte 16 ab, das heißt, unterbricht die Energie von der Energiequelle 32 zu der Heizmatte 16.
Während die Heizmatte 16 abgeschaltet ist, ermöglicht das Wärmesenkenmaterial 14 die langsame Leitung der in dem Wärmesenkenmaterial 14 gespeicherten Wärmeenergie nach außen durch die äußere Umhüllung 18 in die Hände des Fahrzeugführers und in die Innenatmosphäre des Kraftfahrzeugs. Vorteilhafterweise funktioniert das Wärmesenkenmaterial 14 derart, dass die Außenoberfläche der äußeren Umhüllung 18 eine gewünschte Betriebstemperatur beibehält, die für die Hände des Kraftfahrzeugführers angenehm ist. Die gespeicherte Wärmeenergie wird langsam geleitet, sodass über einen längeren Zeitraum eine gleichmäßigere Temperatur beibehalten wird. Da die gewünschte Temperatur über einen längeren Zeitraum an der Oberfläche der äußeren Umhüllung 18 beibehalten wird, wird der Zeitrahmen, bevor die Heizmatte 16 von der Steuerung 34 wieder angeschaltet werden muss, erweitert. Somit ermöglicht das Wärmesenkenmaterial 14 effektiv, dass das erwärmte Lenkradsystem 30 effizienter betrieben wird, wodurch Energieanforderungen gesenkt werden.
Das Vorstehende wurde zum Zwecke der Veranschaulichung und Beschreibung dargelegt. Es erhebt keinerlei Anspruch auf Vollständigkeit und soll die Ausführungsformen nicht auf die genaue offenbarte Form beschränken. Naheliegende Modifikationen und Variationen sind angesichts der vorstehenden Lehren möglich. Alle derartigen Modifikationen und Variationen liegen innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche, wenn diese entsprechend der Breite ausgelegt werden, zu der sie nach Recht, Gesetz und Billigkeit berechtigt sind.

Claims

Lenkradbaugruppe, umfassend: einen Innenkörper; ein sich über dem Innenkörper befindendes Wärmesenkenmaterial; eine sich über dem Wärmesenkenmaterial befindende Heizmatte; und eine sich über der Heizmatte befindende äußere Umhüllung.
Lenkradbaugruppe nach Anspruch 1, wobei das Wärmesenkenmaterial eine einzelne Schicht aus einem stark wärmeleitenden Material ist, das eine Wärmeleitfähigkeit gleich oder größer als 204 W/(m·Kº) aufweist.
Lenkradbaugruppe nach Anspruch 2, wobei die einzelne Schicht ein fester Bogen ist.
Lenkradbaugruppe nach Anspruch 2, wobei die einzelne Schicht ein Gitter ist.
Lenkradbaugruppe nach Anspruch 2, wobei die einzelne Schicht eine gesprühte Matte ist.
Lenkradbaugruppe nach Anspruch 2, wobei die einzelne Schicht aus dem stark wärmeleitenden Material aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Metall, einem Mineral, einem Verbundstoff, Kupfer, Aluminium, Diamant, Graphit oder anderem Kohlenstoffmaterial, Kupfer-Wolfram-Pseudolegierung, Aluminium-(Siliziumkarbid)-Verbundstoff, Dymalloy, Berylliumoxid in Berylliummatrix und Kombinationen davon besteht.
Lenkradbaugruppe nach Anspruch 6, wobei der Innenkörper um eine Armatur geformten Polyurethanschaum umfasst.
Lenkradbaugruppe nach Anspruch 1, wobei der Innenkörper um eine Armatur geformten Polyurethanschaum umfasst.
Lenkradbaugruppe nach Anspruch 1, wobei das Wärmesenkenmaterial mehrere Schichten aus einem stark wärmeleitenden Material ist, das eine Wärmeleitfähigkeit gleich oder größer als 204 W/(m·Kº) aufweist.
Lenkradbaugruppe nach Anspruch 9, wobei zumindest eine Schicht der mehreren Schichten ein fester Bogen ist.
Lenkradbaugruppe nach Anspruch 9, wobei zumindest eine Schicht der mehreren Schichten ein Gitter ist.
Lenkradbaugruppe nach Anspruch 9, wobei zumindest eine Schicht der mehreren Schichten eine gesprühte Matte ist.
Lenkradbaugruppe nach Anspruch 9, wobei zumindest eine der mehreren Schichten aus dem stark wärmeleitenden Material aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Metall, einem Mineral, einem Verbundstoff, Kupfer, Aluminium, Diamant, Graphit oder anderem Kohlenstoffmaterial, Kupfer-Wolfram-Pseudolegierung, Aluminium-(Siliziumkarbid)-Verbundstoff, Dymalloy, Berylliumoxid in Berylliummatrix und Kombinationen davon besteht.
Lenkradbaugruppe nach Anspruch 13, wobei der Innenkörper um eine Armatur geformten Polyurethanschaum umfasst.
Lenkradbaugruppe nach Anspruch 9, wobei der Innenkörper um eine Armatur geformten Polyurethanschaum umfasst.
Erwärmtes Lenkradsystem, umfassend: eine Lenkradbaugruppe mit einem Innenkörper, einem sich über dem Innenkörper befindenden Wärmesenkenmaterial, einer sich über dem Wärmesenkenmaterial befindenden Heizmatte und einer sich über der Heizmatte befindenden äußeren Umhüllung; eine Energiequelle; und eine Steuerung, die konfiguriert ist, um Energie von der Energiequelle zu der Heizmatte zu lenken.
Erwärmtes Lenkradsystem nach Anspruch 16, wobei das Wärmesenkenmaterial zumindest eine Schicht aus einem stark wärmeleitenden Material ist, das eine Wärmeleitfähigkeit gleich oder größer als 204 W/(m·Kº) aufweist.
Erwärmtes Lenkradsystem nach Anspruch 17, wobei die zumindest eine Schicht aus dem stark wärmeleitenden Material aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Metall, einem Mineral, einem Verbundstoff, Kupfer, Aluminium, Diamant, Graphit oder anderem Kohlenstoffmaterial, Kupfer-Wolfram-Pseudolegierung, Aluminium-(Siliziumkarbid)-Verbundstoff, Dymalloy, Berylliumoxid in Berylliummatrix und Kombinationen davon besteht.
Erwärmtes Lenkradsystem nach Anspruch 18, wobei der Innenkörper um eine Armatur geformten Polyurethanschaum umfasst.
Erwärmtes Lenkradsystem nach Anspruch 16, wobei der Innenkörper um eine Armatur geformten Polyurethanschaum umfasst.