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Die Erfindung betrifft ein Lenkrad
mit elektrischer Heizung, insbesondere ein elektrisch heizbares
Lenkrad für
ein Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff
des unabhängigen
Anspruchs.
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Lenkräder mit eingebauten Heizvorrichtungen
sind bekannt. Derartige elektrisch betriebene Heizvorrichtungen
können
aus Komfort- und/oder aus Sicherheitsgründen vorgesehen sein. Üblicherweise
ist zur Beheizung des Lenkrads ein Heizleiter unter einem Lenkradbezug
angebracht oder in einer Kunststoffumschäumung des Lenkrads integriert.
Ein Lenkradkraunz kann beispielsweise mit einem Heizleiter umwickelt
oder mit einem leitfähigen
Textilschlauch umhüllt
sein. Auch ein geradliniges oder mäanderförmiges Verlegen einer Litze
entlang des Lenkradumfanges ist möglich und bekannt.
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Ein herkömmliches Lenkrad weist einen
runden oder leicht ovalen Lenkradkranz auf, der im Querschnitt üblicherweise
aus einem Metallkern, einem diesen umgebenden Kunststoff oder Schaum und
einem umhüllenden
Bezug besteht. Letzterer entfällt
häufig
bei preisgünstigeren
Lenkrädern.
Um das Lenkrad schnell spürbar
zu erwärmen,
muss der Heizleiter nahe der Oberfläche angeordnet sein. Andernfalls
würde er
zunächst
den Metallkern des Lenkradkranzes unnötig beheizen und dadurch einen
relativ hohen Energieverbrauch verursachen. Andererseits soll der
Heizleiter nicht durch den Lenkradbezug hindurch spürbar sein.
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Je nach Fahrzeugmodell und -herstellen können die
Lenkräder
sowie deren Lenkradkränze
in ihrer Dicke und ihrem Durchmesser völlig unterschiedlich dimensioniert
sein. Eine maßgefertigte Produktion
von entsprechend dafür
vorgesehenen Heizelemeunten ist deshalb relativ aufwendig.
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Ein Lenkrad mit eingebauter Heizvorrichtung ist
aus der
DE 33 39 500
A1 bekannt. Dieses bekannte Lenkrad weist einen Griffring
auf, der mit einem wärmeleitenden
Flachmaterialumwickelt ist, das, wenn es mit Strom versorgt wird,
Wärme erzeugt. Weiterhin
ist ein wärmeleitendes
Flachmaterial vorgesehen, das sich nahe und längs der eigentlichen Heizvorrichtung
des Lenkrades erstreckt, um in einem vorgegebenen Bereich des Lenkrades,
der beim Fahren einer bevorzugten Griffposition entspricht, innerhalb
kurzer Zeit eine gleichmäßige Temperaturverteilung
zu erreichen.
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Weiterhin ist aus der
US 46 31 976 A ein Lenkrad
mit einer zweigeteilten Heizvorrichtung bekannt. Jede der Heizvorrichtungen
umfasst eine Folie mit darauf befindlichen elektrisch heizbaren
Leiterbahnen. Die Heizvorrichtungen sind jeweils in bevorzugten
Handgriffpositionen des Lenkrades angeordnet. Jede der auf einer
Trägerfolie
vorgesehenen Leiterbahnen weist jeweils eine geschlossene und sich mäanderförmig über die
Längserstreckungsrichtung der
Trägerfolie
verlaufende Kontur auf.
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung
besteht darin, ein Lenkrad mit einer universellen Heizvorrichtung
zur Verfügung
zu stellen, die leicht anzubringen ist und für unterschiedliche Lenkradgrößen passt.
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Dieses Ziel der Erfindung wird mit
dem Gegenstand des unabhängigen
Anspruchs erreicht. Merkmale vorteilhafter Weiterbildungen der Erfindung
ergeben sich aus den abhängigen
Ansprüchen.
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Dem gemäß weist ein Lenkrad eine Polsterung,
eine diese zumindest teilweise überdeckende Grifffläche und
ein Heizelement auf, das zwischen der Polsterung und der Grifffläche angeordnet
ist. Das Heizelement weist eine elektrisch leitfähige Schicht mit einer mäanderförmigen Kontur
entlang einer Längserstreckungsrichtung
des Heizelementes auf. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das
Heizelement aus einem Endlosabschnitt abgelängt ist. Weiterhin ist vorgesehen,
dass die elektrisch leitende Schicht an ihren Scheitelabschnitten
jeweils gegenüber
deren Verbindungsabschnitten verbreitert ist.
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Ein derartiges Heizelement lässt sich
problemlos von einem Endlosabschnitt ablängen, auf verschiedene Lenkradgrößen anpassen
und dort aufbringen. Damit erhält
man ein universelles, heizbares Lenkrad, das sich auf einfachste
Weise herstellen lässt,
ohne dass eine Vielzahl unterschiedlicher Größen von Heizelementen für unterschiedliche
Lenkräder
notwendig wäre.
Das Heizelement kann an beliebigen Stellen auf beliebige Längen geschnitten
werden.
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Dadurch dass die elektrisch leitende
Schicht an ihren Scheitelabsuchnitten jeweils gegenüber dem
geradlinigen bzw. leicht geschwungenen Verbindungsabschnitten verbreitert
ist, kann verhindert werden, dass an den Innenseiten der Scheitelabschnitte sogenannte
Stromsenken und damit Bereiche mit erhöhter Temperatur entstehen,
die als sogenannte Hot Spots bezeichnet werden.
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Vorzugsweise ist die elektrisch leitfähige Schicht
integraler Bestandteil des eine mäanderförmige Kontur aufweisenden Heizelements,
so dass die Montage am Lenkrad durch das einteilige Heizelement
sehr vereinfacht ist. Die mäanderförmige Kontur
des Heizelements kann wahlweise ein Wellenprofil, ein Rechteck-,
ein Sägezahn-
oder ein Dreieckprofil umfassen.
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Vorzugsweise weisen die Scheitelabschnitte der
in mäanderförmiger Kontur
verlaufenden, elektrisch leitfähigen
Schicht bzw. des Heizelements jeweils einen inneren und/oder einen äußeren Rundungsradius
auf; diese machen das Heizelement mechanisch stabiler und sorgen
für eine
bessere und gleichmäßigere Verteilung
der Wärme
im Lenkrad.
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Je nach der Kontur des mäanderförmig verlaufenden
Heizelements können
sich die Einhüllenden
derjeweils auf einer Seite der Längserstreckungsrichtung
des Heizelements angeordneten Scheitelabschnitte überlappen,
wobei die Scheitelabschnitte selbst sich nicht berühren. Wahlweise
können
die Einhüllenden
auch voneinander beabstandet sein. Je nach der Kontur des Heizelements
entsteht somit eine Anpassbarkeit an deutlich unterschiedliche Dicken
von Lenkradkränzen.
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Je nach gewünschter Ausführungsform
kann das Heizelement um den gesamten Lenkradumfang verlaufen oder
beispielsweise einen unteren Umfangsabschnitt des Lenkrades aussparen.
Vorzugsweise sind jeweils zumindest zwei Handgriffpositionen des
Lenkrades mit jeweils einem Heizelement versehen, wobei ein oberer
Lenkradabschnitt entweder durchgehend beheizt oder eine Aussparung
aufweisen kann. Auf diese Weise können ggf. Bereiche, die selten
gegriffen werden, ausgespart bleiben, was den Energieverbrauch reduziert.
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Gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung weist das Heizelement wenigstens zwei miteinander
verbundene Schichten auf, wobei eine elektrisch leitende Schicht
auf einer isolierenden Trägerschicht
aufgebracht ist. Die isolierende Trägerschicht kann vorzugsweise
aus einem Kunststoff, insbesondere aus einem Polyurethanschaum bestehen.
Da auch der Lenkradkranz aus Metall oder Faserverbundwerkstoff typischerweise
von einer Umschäumung
aus Polyurethan umgeben ist, ergibt sich eine besonders gute Materialpaarung,
wenn auch die Trägerschicht
aus dem gleichen Material gefertigt ist. Die gleichen Materialien
an den Grenzflächen
sorgen für eine
gleichmäßige Wärmedehnung
und verhindern die Gefahr von Relativverschiebungen bzw. von Ablösungserscheinungen.
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Die elektrisch leitende Schicht kann
beispielsweise Kupfer und/oder eine Kupferlegierung, insbesondere
eine zinnhaltige Kupferlegierung aufweisen, die besonders gute elektrische
Eigenschaften und eine gute Wärmeleitfähigkeit
aufweist. Alternativ kann die elektrisch leitende Schicht auch Aluminium
und/oder eine Aluminiumlegierung aufweisen, was ebenfalls für eine gute
Wärmeleitfähigkeit
sorgt. Sowohl Kupfer bzw. eine Bronzelegierung als auch Aluminium
ist jeweils ein guter elektrischer Leiter.
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Die elektrisch leitende Schicht kann
beispielsweise auf die isolierende Trägerschicht aufgedampft oder
auf galvanischem Wege bzw. durch Sputtern aufgebracht sein. Mit
den genannten Verfahren lassen sich exakte Konturen und definierte – ggf. auch
variierende – Schichtdicken
realisieren.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung
der Erfindung kann die elektrisch leitende Schicht an ihren Scheitelabschnitten
jeweils gegenüber
den geradlinigen bzw. leicht geschwungenen Verbindungsabschnitten
eine größere Materialstärke der
Metallisierung der elektrisch leitenden Schicht aufweisen. Dies lässt sich
beispielsweise durch Modifikation des Bedampfungs- bzw. galvanischen
Verfahrens erreichen. Auch beim Sputtern der elektrisch leitenden
Schicht ist eine punktuelle bzw. flächenmäßig begrenzte Verstärkung problemlos
möglich.
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Die elektrisch leitende Schicht weist
mehrere Kontaktierungsstellen zum Anschluss von Versorgungsleitungen
auf. Diese Kontaktierungsstellen weisen vorzugsweise jeweils eine
Verstärkung
in Form einer Verbreiterung und/oder einer größeren Materialstärke der
Metallisierung auf.
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Jedes der Heizelemente weist wenigstens jeweils
zwei elektrische Kontaktierungen auf. Vorteilhaft kann es sein,
wenn bei einem Endlosheizelement, das durch Ablängen in seine gewünschte Form gebracht
wird, jeweils in regelmäßigen Abständen Kontaktierungsstellen
vorgesehen sind, von denen dann im Anwendungsfall die geeignetsten
ausgewählt
werden können.
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Bei jeder dieser elektrischen Kontaktierungen
ist eine elektrisch leitende Kabelverbindung vorgesehen, mit der
eine elektrisch leitende Verbindung zu einem Fahrzeugbordnetz ermöglicht wird.
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Die Kontaktierungen können gemäß alternativen
Ausführungsformen
der Erfindung als Nietverbindungen, als Löt- oder als Klebeverbindungen
ausgeführt
sein. Die Nietverbindungen werden typischerweise als die Folie durchstoßende Metallelemente realisiert;
diese werden als sog. Piercing-Kontakte bezeichnet. Auch sind Schweißverbindungen
möglich,
an denen mittels Widerstands- oder Reibschweißung eine Verbindung mit den
elektrischen Zuleitungen möglich
ist. Klebeverbindungen lassen sich auf einfache Weise mittels Leitkleber
herstellen. Alle genannten Kontaktierungsverbindungen müssen ein Mindestmaß an mechanischer
Stabilität
aufweisen, da das Heizelement unmittelbar unterhalb der Griffschicht
angebracht ist und besonders bei länger andauerndem Gebrauch stellenweise
einer geringfügigen
Verschiebung relativ zur Umschäumung
bzw. zur umhüllenden
Griffschicht unterliegen kann.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht
vor, dass das Heizelement unterhalb der äußeren Grifffläche des
Lenkrads auf die Polsterung bzw. Umschäumung des Kranzes aufgeklebt
ist, wonach die äußere Grifffläche auf
das Heizelement und auf die Umschäumung aufgebracht und befestigt
wird. Alternativ oder zusätzlich
kann das Heizelement auf eine Innenseite der auf die Polsterung
bzw. Umschäumung
des Lenkradkranzes aufgebrachte, äußere Grifffläche des
Lenkrades aufgeklebt sein. Diese äußere Grifffläche kann
im Wesentlichen Kunst- oder Naturleder aufweisen oder ebenfalls
aus dem gleichen Material wie die Umschäumung oder Polsterung selbst
bestehen.
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Gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung weist die isolierende Trägerschicht eine Materialstärke zwischen
30 und 200 μm
auf, wobei die Dicke vorzugsweise zwischen 50 und 80 μm liegt.
Eine solch dünne
Trägerfolie
lässt sich
problemlos an alle Oberflächen
anpassen, auf die sie aufgebracht wird.
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Die elektrisch leitende Schicht kann
eine Materialstärke
von maximal 50 μm
aufweisen, wobei eine bevorzugte Materialstärke bei maximal 20 μm liegt.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform sieht
vor, dass die elektrisch leitende Schicht maximal 10 μm aufweist.
Eine solche Schichtdicke sorgt für
einen definierten elektrischen Widerstand, der wiederum für eine definierte
Erwärmung
sorgt.
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Die elektrisch leitende Schicht des
Heizelements weist vorzugsweise keinen sog. PTC-Effekt auf, wodurch das Heizelement
ständig
mit voller Leistung betrieben werden kann. Ein PTC-Effekt würde bei
Erreichen einer bestimmten Temperatur zu einem erhöhten Heizleiterwiderstand
und somit zu einem geringeren Stromfluss und damit zu einer reduzierten Leistung
führen.
Geeignete Materialien für
die leitfähige
Schicht sind deshalb insbesondere Bronzelegierungen mit aufeinander
abgestimmten Kupfer-Zinn-Anteilen.
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Die Erfindung betrifft weiterhin
ein Heizelement gemäß einer
der zuvor beschriebenen Ausführungsformen,
das insbesondere zum Einbau in ein Lenkrad eines Kraftfahrzeuges
o. dgl. geeignet ist. Ein solches Heizelement kann von einem Endlosabschnitt
auf beliebige Länge
geschnitten werden und kann auf diese Weise an die unterschiedlichsten Lenkradgrößen, -durchmesser
und -dicken angepasst werden.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
sind den Unteransprüchen
entnehmbar.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand
von Ausführungsformen
mit Bezug auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Dabei zeigt:
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1 eine
schematische Draufsicht auf ein Lenkrad eines Kraftfahrzeuges mit
einem integrierten Heizelement und
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2 eine
schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Heizelements entsprechend 1.
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1 zeigt
eine schematische Draufsicht auf ein Lenkrad 2 eines Kraftfahrzeuges.
Das Lenkrad 2 umfasst eine Lenkradnabe 22, an
der über
wenigstens eine Lenkradspeiche 23 ein im Wesentlichen runder
Lenkradkranz 21 befestigt ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel
sind vier Speichen 23 zur Verbindung des Kranzes 21 mit
der Nabe 22 vorgesehen. Die Lenkradspeichen 23 sowie
der Lenkradkranz 21 weisen typischerweise einen formstabilen Kern
(nicht dargestellt) aus Metall oder aus einem Faserverbundwerkstoff
auf, der jeweils mit einer stoßabsorbierenden
Umschäumung 24 bzw.
Polsterung umgeben ist. Diese Polsterung bzw. stoßabsorbierende
Umschäumung 24 kann
bei einfacher aufgebauten Lenkrädern 2 einteilig
ausgeführt
sein, wobei die äußere Grenzschicht
gleichzeitig eine Griffschicht darstellt. Grifffreundlichere Versionen
weisen eine äußere Grifffläche 27 aus
Naturleder auf, die auf die Polsterung bzw. Umschäumung 24 aufgebracht und
beispielsweise vernäht
ist.
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Das gezeigte Lenkrad 2 weist
eine elektrische Heizvorrichtung in Gestalt eines Heizelements 4 auf,
das zumindest um einen Teil des Lenkradkranzes 21 verläuft. Das
Heizelement 4 weist einen mäanderförmigen bzw. schlangenförmigen Verlauf
auf und erstreckt sich in alternierenden Bahnen weitgehend um die
gesamte Dicke des Lenkradkranzes 21. Im gezeigten Ausführungsbeispiel
verläuft
das Heizelement 4 von einer linken unteren Lenkradspeiche 23 über eine
typische linke Handgriffposition 25 und einen oberen Abschnitt
des Lenkrades zu einer typischen rechten Handgriffposition 26 und
bis zu einer rechten unteren Lenkradspeiche 23. Ein unterer
Abschnitt 28 des Lenkradkranzes 21 ist ausgespart
und wird im gezeigten Ausführungsbeispiel
nicht beheizt.
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In unmittelbarer Nähe der jeweils
unteren Lenkradspeichen 23 sind Kontaktierungsstellen 43 an
Scheitelabschnitten 45 (vgl. 2)
des Heizelements 4 vorgesehen, an denen jeweils eine elektrische
Kontaktierung 6 zur Versorgung des Heizelements 4 mit
elektrischer Energie vom Fahrzeugbordnetz erfolgt. Diese elektrische
Kontaktierung erfolgt in Gestalt einer Kabelverbindung 62,
die eine Versorgungsleitung 61 darstellt und an der Kontaktierungssutelle 43 mit
dem Heizelement 4 elektrisch leitend verbunden ist. Diese
elektrisch leitende Verbindung kann beispielsweise in Form einer
Niet-, einer Löt-, Schweiß- oder
Klebeverbindung erfolgen. Wird auch ein oberer Bereich des Kranzes 21 zwischen
den Handgriffpositionen 25, 26 ausgespart, sind
zwei kürzere
Heizelemente 4 notwendig, die jeweils zwei elektrische
Kontaktierungen 6 an ihren Enden benötigen.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung eines zum Einbau im Lenkrad vorgesehenen
Heizelements 4, das im gezeigten Ausführungsbeispiel zwischen Scheitelabschnitten 45 jeweils
zueinander parallele Verbindungsabschnitte 48 aufweist.
Die Scheitelabschnitte 45 weisen jeweils einen inneren Rundungsradius 47 sowie
einen äußeren Rundungsradius 48 auf,
der den Stromfluss sowie die mechanische Stabilität verbessert.
Zur Vermeidung von sogenannten Stromsenken ist die Breite an den
Scheitelabschnitten 45 vergrößert. Alternativ oder zusätzlich können die
Leiterbahnen an den Scheitelabschnitten eine größere Materialstärke aufweisen.
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Weiterhin sind Kontaktierungsstellen 43 in Form
von Durchbrüchen
erkennbar, die zum Anschluss von elektrischen Versorgungsleitungen
vorgesehen sind. Diese Versorgungsleitungen können beispielsweise mittels
einer Niet- (als sog. Piercing-Kontakte), einer Klebe-, Löt- oder
Schweißverbindung
mit dem Heizelement 4 verbunden werden.
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Ein Heizelement 4 umfasst
im gezeigten Ausführungsbeispiel
eine Trägerschicht 42,
die als Isolator fungiert und beispielsweise aus einem Polyurethanschaum
(PUR-Schaum) besteht sowie eine darauf aufgebrachte, elektrisch
leitfähige
Schicht 41, die beispielsweise aus Kupfer und/oder einer
Kupferlegierung, aus Aluminium und/oder einer Aluminiumlegierung
oder einer geeigneten Bronzelegierung (mit verschiedenen Kupufer-
und Zinnanteilen) bestehen kann.
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Das Heizelement 4 weist
vorzugsweise keinen sog. PTC-Effekt auf und kann somit ständig mit voller
Leistung betrieben werden.
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- 2
- Lenkrad
- 21
- Kranz/Lenkradkranz
- 22
- Nabe/Lenkradnabe
- 23
- Speiche/Lenkradspeiche
- 24
- Umschäumung
- 25
- Handgriffposition
(links)
- 26
- Handgriffposition
(rechts)
- 27
- (äußere) Grifffläche
- 28
- unterer
Abschnitt
- 4
- Heizelement
- 41
- elektrisch
leitfähige
Schicht
- 42
- Trägerschicht
(isolierende Trägerschicht)
- 43
- Kontaktierungsstelle
- 44
-
- 45
- Scheitelabschnitt
- 46
- äußerer Rundungsradius
- 47
- innerer
Rundungsradius
- 48
- Verbindungsabschnitt
- 6
- elektrische
Kontaktierung
- 61
- Versorgungsleitung
- 62
- Kabelverbindung