DE19951224A1 - Vorrichtung zur Temperierung eines Bauteils - Google Patents

Abstract

Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Temperierung eines Bauteils, insbesondere eines Lenkrads für ein Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil mindestens eine Wärmetauschervorrichtung (9) aufweist, die von einem Wärmeübertragungsfluid durchströmbar ist. Dadurch wird ermöglicht, die Vorrichtung auf einfache Weise in das Bauteil zu integrieren. Auch ist damit eine schnelle Temperierung des Bauteils möglich.

Description

Die Erfindung betrifft ein Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE 34 38 266 ist eine Vorrichtung zum Heizen und Kühlen eines Lenkrades bekannt, in dessen Lenkradkranz ther­ moelektrische Wandler angeordnet sind, deren Wärmeerzeu­ gungs- oder Wärmeabsorptionsabschnitte entsprechend der angelegten Stromrichtung Wärme erzeugen oder absorbieren.

Dabei ist es nachteilig, daß die Montage der vielen thermo­ elektrischen Wandler und der dafür notwendigen Zuleitungen aufwendig ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Temperieren eines Bauteils zu schaffen, bei dem sich die Vorrichtung auf einfache Weise in das Bauteil integrieren läßt und mit der eine schnelle Temperierung möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die Verwendung einer Wärmetauschervorrichtung, die von einem Wärmeübertragungsfluid durchströmbar ist, erüb­ rigt sich die Verlegung von elektrischen Kabeln. Damit läßt sich eine rationelle Fertigung entsprechender Bauteile, insbesondere Lenkräder, erreichen.

Mit Vorteil ist die Wärmetauschervorrichtung thermisch mit einer Wärmequelle und/oder Kältequelle gekoppelt. Je nach der erforderlichen Temperieraufgabe kann eine Wärmequelle oder eine Kältequelle eingesetzt werden, wenn das Bauteil nur aufgeheizt oder gekühlt werden muß. Soll das Bauteil zu verschiedenen Zeitpunkten geheizt oder gekühlt werden, so wird vorteilhafterweise eine Kombination dieser Quellen eingesetzt.

Mit besonderem Vorteil ist die Wärmetauschervorrichtung mindestens mit einem Peltierelement als Wärme-/Kältequelle thermisch gekoppelt. Peltierelemente ermöglichen sowohl eine Heizung und Kühlung eines Mediums, so daß eine beson­ ders hohe Flexibilität in der Anwendung erreicht wird.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Wärmetauschervorrichtung mindestens mit einem Heizwiderstand thermisch gekoppelt. Durch den Einsatz eines Heizwiderstands läßt sich schnell eine Erwärmung des Wärmetauscherfluids vornehmen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Wärme­ tauschervorrichtung mindestens mit einem Lüfter thermisch gekoppelt. Durch den Lüfter läßt sich Energie aus der Wärmetauschervorrichtung auf besonders einfache Weise mit der Umgebung austauschen.

Eine vorteilhafte Ausführungsform weist eine Pumpe zur Förderung des Wärmeübertragungsfluides in der Wärmeübertra­ gungsvorrichtung auf. Durch die Erzeugung einer erzwungenen Konvektion in der Wärmetauschervorrichtung wird der Wärme­ übergang verbessert.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin­ dung ist die Wärmetauschervorrichtung mit einem Thermogefäß zur Speicherung mindestens eines Wärmespeichermediums einer vorbestimmbaren Temperatur thermisch koppelbar. Unter Thermogefäß wird hier ein Mittel verstanden, in dem minde­ stens ein Reservoir eines Wärmespeichermediums einer vorgeb­ baren Temperatur vorhanden ist. Dieses Wärmespeichermedium kann z. B. aus einer bestimmten Menge Wärmeübertragungsfluid oder auch aus einem vortemperierten Körper bestehen, der mit dem Wärmeübertragungsfluid Wärme austauschen kann. In jedem Fall sorgt die Vorhaltung des vortemperierten Mediums dafür, daß das Wärmeübertragungsfluid schnell auf eine erforderliche Temperatur gebracht werden kann. Auch kann dadurch eine Wärme- und/oder Kältequelle kleiner ausge­ führt werden, da die aufzubringenden Wärmeleistungen klei­ ner sind. Mit Vorteil ist die Wärmetauschervorrichtung daher zur beschleunigten Temperierung für eine vorbestimm­ bare Zeit thermisch mit dem Thermogefäß gekoppelt.

Mit besonderem Vorteil erfolgt die Temperierung mindestens eines Wärmespeichermediums des Thermogefäßes durch die aktive Wärme-/Kältequelle. Somit kann das Thermogefäß durch eine bereits vorhandene Komponente der Vorrichtung ther­ misch "aufgeladen" werden, so daß gesonderte Komponenten dazu nicht erforderlich sind.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn Mittel zur Umschaltung der Temperierung der Wärmetauschervorrichtung auf die Temperierung mindestens eines Wärmespeichermediums im Thermogefäß vorgesehen sind. Durch die Einführung zweier Betriebsweisen, nämlich einer Temperierung des Bauteils und einer Temperierung des Thermogefäßes innerhalb derselben Vorrichtung wird eine besonders kompakte Bauform der Vor­ richtung erreicht.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist minde­ stens ein Peltierelement, ein Lüfter, ein Wärmekoppler, ein Thermogefäß und/oder eine Pumpe in einer kompakten Wärme­ tauschereinheit angeordnet sind. Durch die Anordnung von mindestens zwei Komponenten in einer kompakten Wärmetau­ schereinheit läßt eine leicht einbaubare Einheit schaffen.

Ebenfalls mit Vorteil weist die erfindungsgemäße Vorrich­ tung eine Zentraleinheit mit Meß-, Steuer-, und Regelungs­ mitteln zur Einstellung einer vorbestimmbaren Temperatur im Wärmetauscherfluid und/oder Wärmespeichermedium auf. Durch die Bündelung der entsprechenden Komponenten ist eine einfache Fertigung möglich.

Vorteilhafterweise ist die Wärmetauschereinheit und/oder die Zentraleinheit in einem zentralen Montagemodul eines Lenkrades angeordnet, um eine besonderes kompakte Bauform zu erreichen. Auch ist es vorteilhaft die Wärmetauscherein­ heit und/oder die Zentraleinheit mit einer Bedieneinheit in das Lenkrad einzubauen.

Mit Vorteil ist mindestens ein Temperatursensor, der mit der Zentraleinheit gekoppelt ist, am oder im Lenkradkranz angeordnet. Die Temperatur des Lenkradkranzes ist die Größe, die von einem Benutzer unmittelbar gefühlt wird, so daß diese Temperatur für die Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung von besonderer Bedeutung ist.

Mit Vorteil ist der Temperatursensor an oder im Thermogefäß und/oder am zentralen Wärmetauscher angeordnet, da hier eine zentrale Messung der Temperatur in einfacher Weise möglich ist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Wärme-/Kältequelle, die Wärmetauschereinheit und/oder die Zentraleinheit für die Energieversorgung mit mindestens einem Solarmodul koppelbar. Durch die Verwendung von Solar­ modulen steht eine wirtschaftliche Quelle von Hilfsenergie zur Verfügung, durch ein flexibler Betrieb ermöglicht wird.

Vorteilhafterweise weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Zeitschaltvorrichtung für einen zeitgesteuerten Be­ trieb auf. Damit kann z. B. ein Nutzer mit der Temperierung eines Bauteils beginnen, bevor er selbst unmittelbar am Bauteil anwesend ist.

Mit Vorteil ist die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem Sonnenlichtsensor gekoppelt, welcher z. B. die Lichtintensi­ tät mißt. Da solche Sonnenlichtsensoren bereits in Zusammen­ hang mit anderen Fahrzeugaggregaten eingebaut sein können (z. B. für die Steuerung des Fahrlichts) und diese Sonnen­ lichtsensoren ohne, oder nur mit sehr geringer, Hilfsener­ gie auskommen, läßt sich die Regelung der Temperierung sehr energiesparend vornehmen.

Mit besonderem Vorteil ist die Wärmetauschervorrichtung als ein zentrales Rohr für das Wärmeübertragungsfluid in einem Skelett des Lenkrades ausgebildet, was eine einfache Ferti­ gung ermöglicht. Ebenfalls ist es vorteilhaft, wenn die Wärmetauschervorrichtung ein Mantelrohr für das Wärmeüber­ tragungsfluid im Lenkradkranz aufweist.

In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen weist die Wärme­ tauschervorrichtung mindestens ein Rohr und/oder einen Schlauch für das Wärmeübertragungsfluid entlang des Umfan­ ges eines Lenkradkranzes auf oder verläuft die Wärmetau­ schervorrichtung in mindestens in Teilbereichen einer Spei­ che des Lenkrades, des Lenkradkranzes und/oder des Lenkra­ des. Dadurch wird eine besonders effiziente Erwärmung des Lenkrades ermöglicht.

Da Lenkräder von Kraftfahrzeugen regelmäßig großen Tempera­ tursschwankungen ausgesetzt sind, ist es vorteilhaft ein Lenkrad mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Tempe­ rierung auszustatten. Da ein zu heißes oder zu kaltes Lenkrad den Komfort und die Sicherheit beeinträchtigen, erhält die angemessene Temperierung eine besondere Bedeu­ tung.

Die vorliegende Erfindung ist für alle Bauteile einsetzbar bei denen eine Berührung erfolgen kann, wie z. B. Schaltknau­ fen, Griffen, Tastern, Krubeln, Haltegriffen, Handbremsen­ griffe, Gurtschlösser, Sitzflächen, Sitzlehnen und Kopfstüt­ zen, Steuerknüppel, Schalthebel, Gangschaltungsknüppel oder Schalter.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorderansicht eines Lenkrades;

Fig. 1a eine Seitenansicht des Lenkrades;

Fig. 2 eine Schnittansicht entlang A-A in Fig. 1;

Fig. 3 eine Schnittansicht entlang A-A in Fig. 1 in einer anderen Ausführungsform des Lenkrades;

Fig. 4 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungs­ form der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Tempe­ rierung eines Bauteils;

Fig. 5 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausfüh­ rungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Temperierung des Bauteils;

Fig. 6 einen Schaltplan für eine erfindungsgemäße Vorrich­ tung zur Temperierung des Bauteils;

Fig. 7 eine Vorderansicht eines Lenkrades mit integrierter Vorrichtung zum Temperieren;

Fig. 7a eine Seitenansicht des Lenkrades mit integrierter Vorrichtung zum Temperieren;

Fig. 8 eine Schnittansicht durch das Lenkrad entlang A'-A' in Fig. 7 mit einer Wärmetauschervorrichtung mit Röhren für ein Wärmeübertragungsfluid entlang des Lenkradkranzes;

Fig. 9 eine Schnittansicht durch das Lenkrad entlang A'-A' in Fig. 7 mit einer Wärmetauschervorrichtung mit einem Mantelrohr für ein Wärmeübertragungs­ fluid;

Die vorliegende Erfindung wird in den folgenden Figuren anhand eines Lenkrades beschrieben. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, andere Bauteile, wie z. B. Steuerknüppel, Schalthebel, Gangschaltungsknüppel oder Schalter mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Temperieren auszustatten. Unter Temperieren wird das Abkühlen oder Aufheizen auf eine vorgebbare Temperatur verstanden. Ziel ist in jedem Fall die Vermeidung von zu heißen oder zu kalten Bauteilen.

In Fig. 1 und 1a ist ein Lenkrad mit den typischen Berei­ chen Lenkradkranz 1 (auch Griffbereich genannt), Lenkrad­ speichen 2, Lenkradkörper 3 und Airbageinheit 4 dargestellt. Ein solches Lenkrad findet z. B. in Kraftfahr­ zeugen aller Art Verwendung.

In Fig. 2 ist der typische Innenaufbau eines Lenkrades dargestellt. Das Lenkrad selbst wird im Kern aus einem Skelett 5 gebildet. Dieses ist von einer Ummantelung 6 und einem Überzug 7 (z. B. aus Leder) umgeben. Andere Lenkräder weisen einen Innenaufbau wie in Fig. 3 dargestellt auf, bei denen das Skelett 5 von einer harten Ummantelung 6 (z. B. aus Hartschaum) und einer weichen Ummantelung 8 (z. B. Weichschaum) umgeben ist.

Das Skelett 5 besteht bei den Gegenständen in Fig. 2 und 3 aus Vollmaterial. Alternativ kann das Skelett 5 auch aus einer Stahlrohrkonstruktion mit Hohlprofil oder aus einer Aluminium- bzw. Magnesiumgußkonstruktion gebildet sein. Auch können alternative Ausführungsformen eine nicht-runde Lenkradform aufweisen.

In Fig. 4 wird der Aufbau einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Temperieren eines Lenkra­ des dargestellt.

Erfindungsgemäß ist die Vorrichtung z. B. in der Lage, ein Lenkrad an einem Sommertag auf eine gewünschte Temperatur abzukühlen oder im Winter auf eine gewünschte Temperatur aufzuheizen.

Dazu weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Wärmetau­ schervorrichtung 9 auf, die hier als ein ringförmiges Rohr ausgebildet ist. Das Rohr ist im Inneren eines Lenkradkran­ zes 1 angeordnet. Bei zu temperierenden Bauteilen anderer Form, weist die Wärmetauschervorrichtung 9 eine entspre­ chend angepaßte Form auf. So bietet sich z. B. bei einem länglichen Gangschaltungshebel eine Spiralform an, die im Inneren dieses Bauteils angeordnet ist. Die Rohre der Wärme­ tauschervorrichtung (9) können in alternativen Ausführungs­ formen auch Rippen o. ä. Mittel zur Verbesserung des Wärme­ übergangs aufweisen. Auch ist der Einsatz von elastischen Rohren (z. B. Kunststoffschläuchen) möglich. Dabei können Schläuche auch zu netzartigen Strukturen verbunden werden, die zusammen eine Wärmetauschervorrichtung bilden.

Die Wärmetauschervorrichtung 9 wird von einem Wärmetauscher­ fluid durchströmt. Die Strömung des Wärmetauscherfluides durch die Vorrichtung ist durch Pfeile dargestellt. Als Wärmetauscherfluid kommt grundsätzlich jedes Fluid in Frage, das in Wärmetauschern Verwendung finden kann, z. B. auch Wasser oder Freone.

Das Wärmetauscherfluid wird der Wärmetauschervorrichtung 9 durch eine Pumpe 16 über eine Zuleitung 15 zugeführt. Es durchströmt die Wärmetauschervorrichtung 9 und strömt über eine Abflußleitung 14 wieder zur Pumpe 16.

Die Temperierung des Lenkradkranzes 1 erfolgt durch die Einstellung einer vorgebbaren Temperatur des Wärmetauscher­ fluides.

Dazu weist die Vorrichtung ein Peltierelement 12 auf, das über einen Wärmekoppler 13 einen Wärmeaustausch mit dem Wär­ metauscherfluid vornehmen kann. Ein Peltierelement 12 zeichnet sich dadurch aus, das es je nach der angelegten Stromrichtung Wärme abgeben oder Wärme absorbieren kann. Das Peltierelement 12 und der zugeordnete Wärmekoppler 13 sind im vorliegenden Fall an der Abflußleitung 14 angeord­ net. Grundsätzlich können aber das Peltierelement 12 und der Wärmekoppler 13 an jeder Stelle des Wärmetauscherfluidkreislaufes angeordnet sein. Die Wahl der Stelle bestimmt sich dabei nach den jeweiligen baulichen Gegebenheiten. In einer hier nicht dargestellten Alternati­ ve wird zusätzlich zum Peltierelement 12 noch ein Heizwider­ stand mit der Wärmetauschervorrichtung 9, der Zuleitung 15 oder der Abflußleitung 14 gekoppelt. Damit ist eine beson­ ders schnelle Erwärmung des Lenkrades möglich.

Auch ist es in alternativen Ausführungsformen möglich, mehrere Peltierelemente 12 und/oder Wärmekoppler 13 einzusetzen. Dies kann zur Erzielung einer besonders großen Wärmeaustauschleistung notwendig oder auch durch bauliche Gegebenheiten bedingt sein.

Das Peltierelement 12 weist einen Lüfter 11 auf, mit dem Wärme abführbar ist. Zusammen bilden Peltierelement 12, Wärmekoppler 13 und der Lüfter 11 eine aktive Wärme-/Kälte­ quelle 10. Diese aktive Wärme-/Kältequelle 10 ist zusammen mit einem Teil der Abflußleitung 14 und der Zuleitung 15, der Pumpe 16 und anderen Komponenten in einem zentralen Montagemodul 20 des Lenkrades angeordnet (siehe Fig. 7).

Gesteuert wird die Vorrichtung durch eine Zentraleinheit 17, die sämtliche Meß-, Regel und Steueraufgaben der Vor­ richtung koordiniert. Die Zentraleinheit 17 erfaßt über einen Temperatursensor 27 an der Zuleitung 15 die Tempera­ tur des Wärmetauscherfluides. Grundsätzlich ist es auch möglich, einen oder mehrere Temperatursensoren zur Tempera­ turmessung des Wärmetauscherfluides zu verwenden. Als Stellen bieten sich dafür die Wärmetauschervorrichtung 9 im Lenkradkranz 1 oder auch die Abflußleitung 14 an. Auch können Temperatursensoren direkt an der Oberfläche des Lenk­ radkranzes 1 oder im Inneren des Autos angeordnet werden. In Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur oder den ge­ messenen Temperaturen steuert die Zentraleinheit 17 die Stromversorgung des Peltierelementes 12, die Pumpe 16, den Lüfter 11 und andere Aggregate der Vorrichtung.

Als Sollwert ist eine gewünschte Temperatur des Lenkrades vorgebbar, wobei dies ein fest einprogrammierter Wert oder ein von einem Benutzer vorgegebener Wert sein kann.

Der genauere Aufbau der Zentraleinheit 17 wird in Fig. 6 beschrieben.

Eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung ist in Fig. 5 dargestellt. Grundsätzlich liegt dieser Ausführungsform der gleiche Aufbau zugrunde wie bei der in Fig. 4 dargestellten Vorrichtung; gleiche Komponenten sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, so daß auf die obige Beschreibung Bezug genommen werden kann.

Zusätzlich zu der aktiven Wärme-/Kältequelle 10 weist diese Ausführungsform noch ein Thermogefäß 19 auf, das als Wärme- bzw. Kältereservoir dient. Im Thermogefäß 19 ist mindestens ein Wärmespeichermedium mit einer geeigneten hohen Wärmeka­ pazität gespeichert. Als Wärmespeichermedium wird hier Wasser verwendet. Je nach der gemessenen Lenkradtemperatur wird das Wasser als Wärmespeichermedium im Thermogefäß 19 auf einer Temperatur gehalten, die für eine schnelle Tempe­ rierung erforderlich ist. Wenn wie hier als Wärmespeicherme­ dium ebenfalls Wasser verwandt wird, so kann das Wärmespei­ chermedium Wasser problemlos mit diesem gemischt werden. Gegen einen Wärmeaustausch mit der Umgebung ist das Thermo­ gefäß 19 isoliert.

Aufgabe des Thermogefäßes 19 ist es, in der Anlaufphase durch den Rückgriff auf ein Wärme- bzw. Kältereservoir eine besonders schnelle Aufheizung und Abkühlung des Wärmetau­ scherfluids zu ermöglichen. Damit kann eine besonders schnelle Temperierung des Lenkrades erreicht werden.

Diese Anlaufphase wird im folgenden am Beispiel einer Abkühlung beschrieben, wobei eine Aufheizung völlig analog erfolgen würde.

Wenn das Wärmetauscherfluid zu Beginn der Anlaufphase noch nicht die gewünschte Temperatur aufweist und der Einsatz der aktiven Wärme-/Kältequelle 10 noch nicht sofort die ge­ wünschte Temperatur erbringen kann, wird die Strömung des Wärmetauscherfluids über das Thermogefäß 19 geführt. Dies geschieht durch die Öffnung von Ventilen in der Zulauflei­ tung 15 und der Ablaufleitung 14.

Durch die Öffnung eines ersten Ventils 23, eines zweiten Ventils 24, eines dritten Ventils 25 und eines vierten Ventils 26 wird ein großer Kreislauf geöffnet, so daß das Wärmetauscherfluid in der Wärmetauschervorrichtung 9, in der Abflußleitung 14 und der Zulaufleitung 15 mit dem vorgekühltem Wärmespeichermedium aus dem Thermogefäß 19 durch die Pumpe 16 umgewälzt wird. Die Ventile 23, 24, 25, 26, die in Fig. 5 nur schematisch dargestellt sind, dienen auch dazu, einen ersten Nebenkreislauf 21 und einen zweiten Nebenkreislauf 22 von diesem großem Kreislauf abzuschlie­ ßen. Durch den schnellen Einsatz des vorgekühlten Wärmespei­ chermediums aus dem Thermogefäß 19 kann die Lenkradtempera­ tur schnell auf die gewünschte Temperatur gebracht werden. Sobald die aktive Wärme-/Kältequelle 10 die gewünschte Betriebstemperatur erreicht hat, werden das dritte Ventil 25 und das vierte Ventil 26 geschlossen, so daß das Thermo­ gefäß 19 aus dem Kreislauf des Wärmetauscherfluids genommen ist. Somit strömt das Wärmetauscherfluid über den zweiten Nebenkreislauf 22, die Pumpe 16, die Zulaufleitung 15, die Wärmetauschervorrichtung 9 und die Ablaufleitung 14. Die Temperierung wird nunmehr nur durch die aktive Wärme-/Kälte­ quelle 10 vorgenommen.

Sobald eine Temperierung des Lenkrades nicht erforderlich ist, schaltet die Vorrichtung in einen Aufladekreislauf um, durch den das Wärmespeichermedium im Thermogefäß 19 wieder auf eine gewünschte Temperatur gebracht wird. Dazu werden das dritte Ventil 25 und das vierte Ventil 26 geöffnet. Das erste Ventil 23 und das zweite Ventil 24 werden geschlos­ sen, so daß die Wärmetauschervorrichtung 9 aus dem Kreis­ lauf des Wärmetauscherfluides genommen wird. Nunmehr zirku­ liert das Wasser als Wärmetauscherfluid über dem ersten Nebenkreislauf 21, einem Teil der Ablaufleitung 14, dem Thermogefäß 19, einem Teil der Zulaufleitung 15 und der Pumpe 16. Durch die aktive Wärme-/Kältequelle 10 wird das Wärmetauscherfluid auf die Temperatur gebracht, die das Wärmetauchermedium im Thermogefäß 19 aufweisen soll.

Dieser Aufladekreislauf kann z. B. während der Fahrt, durch die Zentraleinheit 17 gesteuert, wechselnd mit der Temperie­ rung des Lenkrades aktiv sein, wenn keine starken Tempe­ raturanstiege am Lenkrad zu erwarten sind. Auch ist es möglich, die Temperierung des Wärmespeichermediums im Thermogefäß 19 bei einem Stillstand des Fahrzeuges vorzuneh­ men.

Durch die Ventile 23, 24, 25, 26 können für die erfindungs­ gemäße Vorrichtung somit verschiedene Betriebsweisen ge­ wählt werden, bzw. zwischen diesen umgeschaltet werden.

Zur Aufladung kann ein Solarmodul 29 verwendet werden (siehe Fig. 6 und 7). Auch ist es möglich, Bordenergie des Fahrzeuges und ggf. eine vorhandene Klimaanlage zur Tempe­ rierung des Thermogefäßes 19 zu verwenden.

Bei dem in Fig. 5 beschriebenen Gegenstand wurde das Thermogefäß 19 dazu verwendet, um Wasser als Wärmespeicher­ medium einer bestimmten Temperatur mit dem Wärmetauscher­ fluid Wasser zu mischen. In einer anderen Ausführungsform ist das Thermogefäß 19 als Wärmetauscher ausgebildet, so daß die Wärme- bzw. Kältereservoirs getrennt vom Wärmetau­ scherfluid vorliegen. So können z. B. gleichzeitig ein Wärme- und ein Kältereservoir vorgehalten werden, wobei die Zentraleinheit 17 das Wärmetauscherfluid je nach gewünsch­ ter Temperatur einem der Reservoirs vorbeiführt. Dadurch kann sehr schnell zwischen einem Aufheiz - und einem Ab­ kühlzyklus umgeschaltet werden. Auch können dadurch unter­ schiedliche Wärmetauschermedien verwendet werden, um für die jeweilige Temperierungsaufgabe die beste Lösung zu finden. Da das Wärmetauscherfluid bei dieser Ausführungs­ form nicht in direkten Kontakt mit dem Wärmespeichermedium im Thermogefäß 19 kommt, kann z. B. eine Kopplung an eine Klimaanlage in einfacher Weise vorgenommen werden.

In Fig. 6 ist ein schematisches Schaltbild der Zentralein­ heit 17 der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt.

Die Zentraleinheit 17 weist verschiedene Anschlüsse für die Energieversorgung auf. Die Energie wird einmal zum Betrieb der Zentraleinheit 17 selbst benötigt, aber auch für den Betrieb der Pumpe 16, des Peltierelements 12, der Ventile 23, 24, 25, 26 und des Lüfters 11.

Dabei stehen drei verschiedene Energiequellen zur Auswahl, die einzeln oder in Kombination einsetzbar sind.

So kann die Energieversorgung über die fahrzeugeigene Energieversorgung 31 erfolgen. Dies kann im Stillstand des Fahrzeugs die Batterie sein; während der Fahrt die Lichtma­ schine.

Auch kann ein Lenkradsolarmodul 29 dazu dienen, die notwen­ dige Energie bereitzustellen. Die Anordnung eines solchen Lenkradsolarmoduls 29 am Lenkrad ist in Fig. 7 beschrieben.

Des weiteren kann die Energieversorgung über ein zentrales Solarmodul 30 erfolgen, das an einer anderen Stelle des Autos, z. B. dem Dach oder dem Fenster angeordnet ist.

Durch die solare Energieversorgung und/oder die Batterie kann ein Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch bei abgeschalteter Zündung erfolgen. Dies ist insbesondere für den Aufladezyklus des Thermogefäßes 19 sinnvoll.

Grundsätzlich kommt jede Energiequelle, die unabhängig von der Zündung funktioniert in Frage.

Mit dieser Energie werden die oben beschriebenen Komponen­ ten der erfindungsgemäßen Vorrichtung versorgt. Auch ist es möglich, das Thermogefäß 19 direkt von der Zentraleinheit 17 mit Energie zu versorgen, um eine Aufheizung bzw. eine Abkühlung vorzunehmen. Die genannten Komponenten der Vor­ richtung werden aber durch die Zentraleinheit 17 nicht nur mit Energie versorgt, sondern auch mit Steuersignalen für die gewünschten Funktionen. Dazu bedarf es Meßwerten, die der Zentraleinheit 17 über Temperatursensoren 27, 27' zuge­ führt werden. Im vorliegenden Fall ist ein Temperatursensor 27' am Lenkradkranz 1, ein anderer Temperatursensor 27 an . der Zulaufleitung 15 angeordnet.

Die Zentraleinheit 17 weist einen Mikrocomputer auf, der Be­ triebsmodi gespeichert hat, die in Abhängigkeit von den gemessenen Werten durchgeführt werden. So weist der Mikro­ computer insbesondere die Möglichkeit auf, die Vorrichtung zur Temperierung zeitgesteuert in Gang zu setzen, um z. B. Morgens vor Fahrtbeginn bereits eine entsprechende Temperie­ rung des Lenkrades vorzunehmen. Diese Zeitschaltung berück­ sichtigt dabei die aktuellen Temperaturen, so daß die Temperierung zu einem fest Zeitpunkt garantiert den ge­ wünschten Wert aufweist. Auch ist es möglich die Zentralein­ heit 17 mit einer Fernsteuerung zu koppeln, so daß ein Nutzer die Vorrichtung vor dem Besteigen des Fahrzeugs einschalten kann.

In einer alternativen Ausgestaltung wird ein Sonnenlichtsen­ sor bei der Regelung der Temperierung verwendet. Durch die Messung der Sonnenlichteinstrahlung lassen sich Aussagen über die Temperaturen im Bereich des Lenkrades treffen. Dabei kann z. B. ein Sonnenlichtsensor verwendet werden, der z. B. bei der Fahrlichtsteuerung im Fahrzeug ohnehin verwen­ det wird.

In Fig. 7 und 7a ist dargestellt, in welcher Weise Komponen­ ten der erfindungsgemäßen Vorrichtung am Lenkrad angeordnet sind. Dazu ist die Zentraleinheit 17 in das Montagemodul 20 integriert. Das Montagemodul 20 ist im unteren Bereich des Lenkradkörpers 3 eingebaut. Das gewährleistet eine gute optische Abdeckung zum Fahrer und ermöglicht eine gute Anbindung des hier nicht dargestellten Lüfters 11 an die Umgebungsluft. Dieser Einbauort bietet üblicherweise genü­ gend Bauraum für eine solche Einbauweise und es bestehen gute Möglichkeiten diese Zusatzfunktion für das Lenkrad modular und eventuell auch als externes Erweiterungsmodul auszuführen.

In Fig. 8 ist eine erste Ausführungsform der Wärmetauscher­ vorrichtung 9 dargestellt. Der Grundaufbau des Lenkrades entspricht dabei dem, der in Fig. 2 und 3 dargestellt ist. Das Skelett 5 ist von der harten Ummantelung 6 und der weichen Ummantelung 8 umgeben. Die weiche Ummantelung 8 ist von einem Überzug, z. B. aus Leder, umgeben.

In der weichen Ummantelung sind acht Röhren 32 als Wärmetau­ schervorrichtung 9 angeordnet. Diese Röhren 32 umgeben im dargestellten Querschnitt der Fig. 8 das Skelett 5 konzen­ trisch. Senkrecht zur Abbildungsebene erstrecken sich die Röhren entlang des Skeletts 5 im Lenkradkranz 1. Das Wärme­ tauscherfluid durchströmt diese Röhren 32, um eine mög­ lichst gute Temperierung der Lenkradoberfläche zu errei­ chen.

In dem Beispiel der Fig. 8 weisen die Röhren 32 den glei­ chen Querschnitt auf. In einer alternativen Ausgestaltung können die Röhren 32 unterschiedliche Durchmesser aufwei­ sen, um einen gewünschten Temperaturgradienten auf der Lenkradoberfläche zu erhalten. Auch ist es grundsätzlich möglich, die weiche Ummantelung 8 und/oder die harte Um­ mantelung 6 porös auszubilden, so daß das Wärmeübertraungs­ fluid direkt durch die Ummantelung strömen kann.

Eine weitere Ausgestaltung ist in Fig. 9 dargestellt, wobei gleiche Bauteile die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 8 aufweisen.

In dieser Ausgestaltung ist zwischen der harten Ummantelung 6 und der weichen Ummantelung 8 ein Mantelrohr 33 angeord­ net, das von Wärmetauscherfluid durchströmt wird. Bei geeigneter Materialauswahl kann das Mantelrohr 33 auch durch einen Zwischenraum zwischen der harten Ummantelung 6 und der weichen Ummantelung 8 gebildet werden.

In einer hier nicht dargestellten Ausführungsform ist die Wärmetauschervorrichtung 9 als zentrales Rohr innerhalb des Skeletts 5 angeordnet.

In einer alternativen Ausgestaltung ist die Wärmetauschervorrichtung 9 als ein schlauchförmiges Element ausgebildet, das sich radial um den Lenkradkranz 1 erstreckt. Dabei ist es grundsätzlich auch möglich, daß die Wärmetauschervorrichtung 9 sich auch nur über Teilbereiche des Lenkradkranzes erstreckt, insbesondere an den Griffzo­ nen.

Es ist auch möglich, daß sich das Rohr oder die Rohre der Wärmetauschervorrichtung 9 auch durch die Lenkradspeichen 2 erstrecken, um eine möglichst gleichmäßige Temperierung des Lenkrades zu erreichen.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispie­ le. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, die von der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch machen.

Claims (25)

1. Vorrichtung zur Temperierung eines Bauteils, insbe­ sondere eines Lenkrads für ein Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil mindestens eine Wärmetauschervorrich­ tung (9) aufweist, die von einem Wärmeübertragungs­ fluid durchströmbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Wärmetauschervorrichtung (9) thermisch mit einer Wärmequelle und/oder Kältequelle gekop­ pelt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Wärmetauschervorrichtung (9) mindestens mit einem Peltierelement (12) als Wär­ me-/Kältequelle thermisch gekoppelt ist.

4. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauschervorrichtung (9) mit mindestens einem Heizwiderstand thermisch gekoppelt ist.

5. Vorrichtung nach mindestens einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme­ tauschervorrichtung (9) mindestens mit einem Lüfter (11) thermisch gekoppelt ist.

6. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehen­ den Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Pumpe (16) zur Förderung des Wärmeübertragungsfluides in der Wärmeübertragungsvorrichtung (9).

7. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauschervorrichtung (9) mit einem Thermogefäß (19) zur Speicherung mindestens eines Wärmespeicher­ mediums einer vorbestimmbaren Temperatur thermisch koppelbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Wärmetauschervorrichtung (9) zur be­ schleunigten Temperierung für eine vorbestimmbare Zeit thermisch mit dem Thermogefäß (19) gekoppelt ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Temperierung mindestens eines Wärmespeichermediums des Thermogefäßes (19) durch die aktive Wärme-/Kältequelle (10) erfolgt.

10. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 9, gekennzeichnet durch Mittel zur Umschaltung der Temperierung der Wärmetauschervorrichtung (9) auf die Temperierung mindestens eines Wärmespeicher­ mediums im Thermogefäß (19).

11. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß minde­ stens ein Peltierelement (12), ein Lüfter (11), ein Wärmekoppler (13), ein Thermogefäß (19) und/oder eine Pumpe (16) in einer kompakten Wärmetauscherein­ heit (40) angeordnet sind.

12. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehen­ den Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Zentralein­ heit (17) mit Meß-, Steuer-, und Regelungsmitteln zur Einstellung einer vorbestimmbaren Temperatur im Wärmetauscherfluid und/oder Wärmespeichermedium.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Wärmetauschereinheit (40) und / oder die Zentraleinheit (17) in einem zentralen Montagemodul (20) eines Lenkrades angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 13 dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetau­ schereinheit (40) und/oder die Zentraleinheit (17) mit einer Bedieneinheit in das Lenkrad einge­ baut ist.

15. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß minde­ stens ein Temperatursensor (27'), der mit der Zen­ traleinheit (17) gekoppelt ist, am oder im Lenk­ radkranz (1) angeordnet ist.

16. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß minde­ stens ein Temperatursensor am oder im Thermogefäß (19) angeordnet ist.

17. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß minde­ stens ein Temperatursensor am zentralen Wärmetau­ scher (27) angeordnet ist.

18. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme-/Kältequelle (10), die Wärmetauschereinheit (40) und/oder die Zentraleinheit (17) für die Energieversorgung mit mindestens einem Solarmodul (29, 30) koppelbar sind.

19. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehen­ den Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Zeitschalt­ vorrichtung für einen zeitgesteuerten Betrieb.

20. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehen­ den Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens einen Sonnenlichtsensor zur Regelung des Betriebs.

21. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauschervorrichtung (9) ein zentrales Rohr in einem Skelett (5) des Lenkrades für das Wärmeüber­ tragungsfluid aufweist.

22. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauschervorrichtung (9) ein Mantelrohr (32) in einem Lenkradkranz (1) für das Wärmeübertragungs­ fluid aufweist.

23. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauschervorrichtung (9) mindestens ein Rohr (32) und/oder einen Schlauch für das Wärmeübertra­ gungsfluid entlang des Umfanges eines Lenkradkran­ zes (1) aufweist.

24. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauschervorrichtung (9) mindestens in Teilbe­ reichen einer Speiche (2), des Lenkradkranzes (1) und/oder des Lenkrades verläuft.

25. Lenkrad mit einer der Vorrichtung zur Temperierung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 24.