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Die Erfindung betrifft ein Lenkrad und ein Airbag-Modul für ein Lenkrad. Hierbei betrifft die Erfindung insbesondere ein auslösbares Funktionselement, z. B. einen Betätigungsschalter an seinem solchen Lenkrad bzw. Airbagmodul.
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Ein Lenkrad mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie ein Airbag-Modul mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 11 sind jeweils beispielsweise aus
EP 1 623 884 A2 bekannt. Darin ist ein Betätigungsschalter für eine Fahrzeughupe durch das Airbag-Modul gebildet, das beweglich in der Lenkradschüssel gelagert ist. Am Boden des Airbag-Moduls ist ein Kontaktelement angeordnet. Das Gegenstück ist am Lenkradskelett vorgesehen. Im Ruhezustand sind die beiden Kontaktelemente durch eine Distanzfeder voneinander getrennt, die zwischen Boden und Skelett angeordnet ist. Zum Auslösen der Hupe wird das gesamte Airbag-Modul manuell gegen die Federkraft bewegt, bis sich die beiden Kontaktelemente berühren und das Auslösesignal für die Hupe erzeugt wird. Um ein ungewolltes Auslösender Hupe sicher zu vermeiden, ist der Kontaktweg zwischen den Kontaktelementen relativ groß mit der Folge, dass der Hupspalt, d. h. der Spalt zwischen Lenkrad und Airbag-Modul, ebenfalls relativ groß ist. Aus optischen Gründen soll aber der Fugenspalt so klein wie möglich sein. Dies führt zu erheblichen Problemen bei der Fertigung, da ein Verklemmen beim Niederdrücken des Airbag-Moduls stets ausgeschlossen sein muss. Hinzu kommt, dass die Fertigungstoleranzen für den Kontaktweg sehr gering sind, um eine verlässliche Realisierung der Kontaktgebung und somit der Signalerzeugung zu erreichen. Dabei wirkt sich die für die erforderliche Relativbewegung der Teile hohe Teileanzahl negativ auf die Einhaltung der Fertigungstoleranzen aus. Außerdem können die für die bekannte Anordnung erforderlichen kinematischen Bauteile, wie Federn und Anschläge, verschleißen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Lenkrad und ein Airbag-Modul mit wenigstens einem Betätigungsschalter anzugeben, das jeweils einfach herstellbar ist und eine sichere Auslösung eines Funktionselements ermöglicht.
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Hinsichtlich des Lenkrads wird die Aufgabe durch den Gegenstand des Anspruchs 1, hinsichtlich des Airbagmoduls durch den Gegenstand des Anspruchs 7.
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Die Aufgabe wird insbesondere durch ein Lenkrad für ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einem Betätigungsschalter gelöst, der zum Auslösen eines Funktionselements, insbesondere einer Hupe, durch einen Benutzer manuell betätigbar ist. Der Betätigungsschalter ist vorzugsweise mechanisch unbeweglich und weist einen kraftunempfindlich arbeitenden Berührungssensor mit einer Sensorfläche auf. Der Berührungssensor ist mit einer elektronischen Steuereinheit verbunden oder verbindbar. Im Betrieb ist der Berührungssensor durch eine manuelle Berührung der Sensorfläche durch den Benutzer aktivierbar, um durch die Steuereinheit ein elektrisches Signal zur Auslösung des Funktionselements zu erzeugen.
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Erfindungsgemäß wird ein Lenkrad mit einer Steuereinheit, die mit dem Berührungssensor verbunden ist, und ein Lenkrad ohne Steuereinheit offenbart und beansprucht. Im letzteren Fall ist der Berührungssensor mit der Steuereinheit verbindbar, weist also beispielsweise geeignete Anschlüsse auf. Die Steuereinheit kann dabei in das Lenkrad integriert oder extern, d. h. außerhalb des Lenkrades im Fahrzeug angeordnet sein. Die Stromversorgung und die Signalleitung können beispielsweise in an sich bekannter Weise über die Wickelfeder des Lenkrades erfolgen. Bei bestimmten Ausgestaltungen ist es jedoch erforderlich die Steuereinheit im Lenkrad anzuordnen, da nur durch die räumliche Nähe von Berührungssensor und Steuereinheit eine zuverlässige Funktion gewährleistet ist.
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Die Erfindung hat verschiedene Vorteile. So entfallen alle kinematischen Bauteile, wie Federn, Gelenke oder Anschläge, die zur Aktivierung des aus dem gattungsgemäßen Stand der Technik bekannten Betätigungsschalters erforderlich sind. Dies bedeutet, dass keine mechanischen Verschleißteile verwendet werden, wodurch das Ausfallrisiko verringert wird. Der Verzicht auf kinematische Bauteile vereinfacht die Fertigung des Lenkrads, da die Konstruktion aufgrund der nur statisch angeordneten Bauteile beträchtlich vereinfacht wird. Außerdem reduzieren sich die bisher auftretenden Toleranzketten.
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Ein besonderer Vorteil ist darin zu sehen, dass die Erfindung die Herstellung eines spaltlosen Lenkrads ermöglicht, wodurch den optischen Anforderungen der Fahrzeugindustrie optimal entsprochen wird. Der Berührungssensor eröffnet neue und bessere Gestaltungsmöglichkeiten beim Design des Lenkrades, da die Anordnung und Ausgestaltung des Berührungssensors im Vergleich zu dem bekannten, beweglichen Schalter praktisch keinen oder zumindest weniger starken konstruktiven Beschränkungen unterliegt. Vielmehr können ohnehin vorhandene Lenkradteile bzw. dem Benutzer zugängliche Lenkradflächen als Sensorflächen genutzt und damit einer neuen Funktion zugeführt werden.
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Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Lenkrades sind in den Unteransprüchen angegeben.
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So ist in einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Berührungssensor ein kapazitiver Sensor mit wenigstens einem elektrischen Leiterelement, das bei der Berührung der Sensorfläche im Betrieb zusammen mit der Hand des Benutzers ein Kondensatorelement bildet. Dadurch wird eine kapazitive Feldänderung erreicht, ohne dass dabei zwei Bauteile platziert und relativ zueinander bewegt werden müssen. Vielmehr wirkt das elektrische Leiterelement des Sensors als aktive Elektrode oder Kondensatorplatte. Das Gegenstück bzw. die Gegenelektrode wird durch die Hand des Benutzers gebildet, wenn diese die Sensorfläche des Berührungssensors berührt. Diese Ausführungsform basiert also auf dem Prinzip der kapazitiven Feldänderung auf Grund einer Änderung der Kondensatorfläche. Das Leiterelement ist mit der Steuereinheit elektrisch verbunden oder verbindbar. Die kapazitive Feldänderung wird deshalb im Betrieb durch die Steuereinheit erfasst und als Schaltpunkt für die Erzeugung eines Auslösesignals für das Funktionselement verwendet. Die Signalgebung ist daher ohne eine mechanische Relativbewegung oder ohne Verformung von Lenkradteilen sowie ohne eine direkte Krafteinwirkung auf das betreffende Lenkradteil möglich. Die Ausbildung des Berührungssensors als kapazitiver Sensor verbessert überdies die Funktionssicherheit, da das kapazitive Feld weniger anfällig gegenüber Toleranzen im jeweiligen Bauteil ist als beispielsweise eine mechanische Lösung mit bewegbaren Teilen.
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Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass das elektrische Leiterelement eine nahezu beliebige Form aufweisen kann. Der kapazitive Sensor führt daher zu optimaler Konstruktionsfreiheit, die eine an unterschiedliche Anforderungen angepasste Gestaltung des Lenkrads einfach ermöglicht.
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Vorzugsweise sind wenigstens zwei Berührungssensoren in unterschiedlichen Bereichen des Lenkrads angeordnet. Damit ist eine ergonomische Optimierung der Bedienbarkeit des Lenkrads möglich. Beispielsweise kann ein Sensorfeld in der Nähe des Lenkradkranzes, insbesondere an einer Lenkradspeiche, angeordnet sein und wird für eine schnelle Fingerbetätigung beispielsweise zum Anhupen (greeting horn) genutzt. Das andere Sensorfeld kann für die klassische Hupfunktion zentral in der Mitte des Lenkrades angeordnet sein und ist aufgrund seiner Größe für die Betätigung mit der ganzen Hand geeignet. Andere Verwendungsmöglichkeiten für die unterschiedlichen Berührungssensoren sind denkbar.
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Der Berührungssensor kann im Bereich der Abdeckung eines, insbesondere feststehenden, Airbag-Moduls und/oder im Bereich der Verkleidung des Lenkradskeletts und/oder in der Form eines am Lenkrad angebrachten Designelements, insbesondere eines Fahrzeugemblems, und/oder im Bereich eines Luftsacks des Airbag-Moduls und/oder im Bereich eines Gasgenerators des Airbag-Moduls angeordnet sein. Die für die Anbringung bzw. Realisierung des Berührungssensors geeigneten unterschiedlichen Lenkradteile zeigen, wie flexibel der Betätigungsschalter positionierbar ist. Die vorgenannten jeweils mit einem Berührungssensor ausgerüsteten Lenkradteile können einzeln oder in Gruppen miteinander kombiniert sein.
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Eine besonders gute Anpassung des Leiterelements an die Form des mit dem Berührungssensor ausgerüsteten Lenkradteils wird erreicht, wenn das Leiterelement eine elektrisch leitfähige Schicht bildet, die in oder auf dem Lenkradteil angeordnet ist. Die Schicht passt sich an die jeweilige Form des Lenkradteils an. Dadurch sind dreidimensionale Formen des Leiterelements möglich, die der Kontur des Lenkradteils folgen. Diese Ausführungsform ist nicht nur platzsparend, sondern auch einfach herstellbar. Die Schicht kann dabei an der Innen- und/oder an der Außenseite des Lenkradteils angeordnet sein. Die Schicht kann auch in das Lenkradteil integriert sein derart, dass die Schicht beidseitig in das Material des Lenkradteils eingebettet ist.
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Die Schicht kann einen leitfähigen Lack, leitfähige Tinte oder eine Metallschicht umfassen. Das jeweils passende Schichtmaterial kann in Abhängigkeit von dem jeweiligen Fertigungsprozess oder den Kosten ausgewählt werden. Dabei kann der leitfähige Lack beispielsweise aufgesprüht oder anderweitig, beispielsweise durch Tauchbeschichten, aufgebracht werden. Dasselbe gilt für die leitfähige Tinte. Die Metallschicht kann durch Aufdampfen, durch ein PVD-Verfahren, wie beispielsweise durch Sputtern, oder durch Galvanisieren auf das Lenkradteil aufgebracht werden. Beispiele für die in Frage kommenden Lenkradteile sind im Anspruch 4 genannt.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Leiterelement das Material des Lenkradteils, das elektrisch leitfähig ist. Die elektrische Leitfähigkeit des Lenkradteils kann beispielsweise durch Zugabe von leitfähigen Additiven zu dem Material des Lenkradteils erreicht werden. Damit ist es möglich, beispielsweise die Verkleidung des Lenkradteils als Leiterelement auszubilden. Es ist auch möglich, beispielsweise das Fahrzeugemblem auf dem Lenkrad, aus Metall zu fertigen und als Leiterelement auszubilden. Dies ist eine optisch ansprechende Lösung. Außerdem wird die Sicherheit verbessert, da sich bei der Auslösung eines Airbags keine Teile des Berührungssensors vom Lenkrad lösen können. Dies gilt insbesondere für das Leiterelement in der Form der elektrisch leitenden Verkleidung.
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Das Leiterelement kann einen elektrisch leitfähigen Körper umfassen, der flächig am Lenkradteil angebracht oder flächig im Lenkradteil eingebettet ist. Unter einem flächigen Körper wird ein Körper verstanden, dessen seitliche Erstreckung sehr viel größer als dessen Tiefe ist, wie beispielsweise bei einer Matte oder einer Platte.
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Der leitfähige Körper kann kostengünstig hergestellt sein und ermöglicht eine einfache Fertigung des Lenkrads. Der Körper kann beispielsweise ein Metallgitter, ein Metallgewebe, ein Metallblech, einen oder mehrere Metalldrähte, ein metallisiertes Netz, in metallisiertes Kunststoffelement, ein metallisiertes Lederelement oder ein metallisiertes Kartonelement umfassen. Damit sind verschiedene Möglichkeiten gegeben, einen geeigneten flächigen Körper beispielsweise für die Fertigung auszuwählen.
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Das Leiterelement ist nicht auf eine einzige leitfähige Schicht oder einen einzigen flächigen Körper beschränkt, sondern kann mehrere leitfähige Schichten und/oder flächige Körper umfassen, die durch wenigstens eine Isolierschicht getrennt und zur Leitung und/oder Abschirmung vorgesehen sind. Dadurch wird eine Verbesserung der Signalgebung erreicht. Die verschiedenen Schichten und/oder flächigen Körper können zur Abschirmung von Störeinflüssen angepasst sein, wodurch die Funktionssicherheit verbessert wird. Ferner ist es möglich, die unterschiedlichen Schichten und/oder Körper zur Erzeugung unterschiedlicher Signale einzusetzen.
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Nach einem nebengeordneten Aspekt betrifft die Erfindung ein Airbag-Modul für ein Lenkrad mit einem Gehäuse, das durch eine Abdeckung auf der im Gebrauch vorderen Seite verschlossen ist. Die Abdeckung weist einen kraftunempfindlich arbeitenden Berührungssensor auf, der mit einer elektronischen Steuereinheit verbunden oder verbindbar ist. Der Berührungssensor ist im Betrieb durch eine manuelle Berührung der Abdeckung durch den Benutzer aktivierbar, um durch die Steuereinheit ein elektrisches Signal zur Auslösung eines Funktionselements eines Kraftfahrzeugs, insbesondere einer Hupe, zu erzeugen.
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Das Airbag-Modul wird sowohl mit als auch ohne elektronische Steuereinheit offenbart und beansprucht. Zur Anordnung der Steuereinheit wird auf die Erläuterungen zum Lenkrad verwiesen. Überdies werden die im Zusammenhang mit dem Lenkrad erläuterten Vorteile auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Airbag-Modul offenbart. Alle vorstehen offenbarten Merkmale der Lenkradausführungen werden auch im Zusammenhang mit dem Airbag-Modul offenbart, insbesondere der kapazitive Sensor gemäß Anspruch 2.
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Nach einem weiteren unabhängigen Aspekt betrifft die Erfindung ein Lenkrad und/oder ein Airbag Modul, das ein Funktionselement eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eine Hupe, aufweist, die mittels eines mechanisch unbeweglichen Betätigungsschalters eines Lenkrades oder eines Airbag-Moduls manuell betätigbar ist, indem eine Sensorfläche des Lenkrades oder des Airbag-Moduls mit der Hand eines Benutzers berührt wird. Dabei wird ein der Sensorfläche zugeordneter, kraftunempfindlich arbeitender Berührungssensor des Betätigungsschalters aktiviert. Der Betätigungsschalter erzeugt durch eine elektronische Steuereinheit ein elektrisches Signal, das das Funktionselement auslöst. Die im Zusammenhang mit dem Lenkrad erläuterten Vorteile werden auch im Zusammenhang mit diesem Lenkrad und Airbagmodul offenbart.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass sich durch die Berührung der Sensorfläche die Kapazität des Berührungssensors ändert. Die Kapazitätsänderung wird durch die Steuereinheit erfasst, die das Signal zur Auslösung des Funktionselements erzeugt. Die im Zusammenhang mit dem kapazitiven Sensor des Lenkrads erläuterten Vorteile werden auch im Zusammenhang mit der vorgenannten Ausführungsform offenbart.
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Ein erfindungsgemäßern Betätigungsschalters, der zum Auslösen eines Funktionselements manuell betätigbar ist, wird hergestellt, indem wenigstens ein kraftunempfindlich arbeitender Berührungssensor mit einem Lenkradteil und/oder einem Airbag-Modul verbunden und/oder in das Material des Lenkradteils oder des Airbag-Moduls eingebettet und/oder aus dem Material des Lenkradteils oder des Airbag-Moduls gebildet wird. Der Berührungssensor wird mit elektrischen Anschlüssen zur Verbindung mit einer elektronischen Steuereinheit versehen. Auf die Fertigungsvorteile, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Lenkrad beschrieben sind, wird an dieser Stelle verwiesen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die beigefügten schematischen Zeichnungen mit weiteren Einzelheiten erläutert. In diesen zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht eines geschnittenen Lenkradteils, insbesondere einer Airbag-Modul-Abdeckung, nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der das Leiterelement als flächiger Körper an der Innenseite angebracht ist;
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2 eine perspektivische Ansicht eines geschnittenen Lenkradteils, insbesondere einer Airbag-Modul-Abdeckung, nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem das Material der Abdeckung durch Zugabe von Additiven elektrisch leitfähig ist;
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3 eine perspektivische Ansicht eines mehrschichtigen Leitelements;
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4 einen Querschnitt eines Lenkradteils, insbesondere einer Airbag-Modul-Abdeckung, nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem das Leitelement in die Abdeckung integriert ist;
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5 einen Querschnitt eines Lenkradteils, insbesondere einer Airbag-Modul-Abdeckung, nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, das mit einer elektrisch leitfähigen Schicht zur Bildung des Leitelements beschichtet ist;
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6 ein Schaltdiagramm, das mehrere Berührungssensoren und die Steuereinheit zeigt; und
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7 einen Querschnitt eines Lenkradteils, insbesondere einer Airbag-Modul-Abdeckung, nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, das mit mehreren elektrisch leitfähigen Schichten zur Bildung mehrerer Leitelemente beschichtet ist.
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In den 1 bis 5 und 7 sind verschiedene Ausführungsbeispiele eines Lenkradteils mit einem Betätigungsschalter 10 gezeigt, der einen Berührungssensor 12 zum Auslösen einer Fahrzeughupe aufweist. Das Lenkradteil ist im Gebrauch am Lenkrad (nicht dargestellt) angeordnet. Der Betätigungsschalter 10 kann zum Auslösen anderer Funktionselemente des Fahrzeugs, insbesondere von Signalelementen, eingesetzt werden. Dies gilt für alle Ausführungsbeispiele. Bei dem Lenkradteil gemäß den 1 bis 5 handelt es sich konkret um die frontseitige Abdeckung eines Airbag-Moduls, die als Betätigungsschalter 10 mit einem Berührungssensor 12 ausgebildet ist. Das Airbag-Modul ist feststehend ausgebildet, d. h. es ist relativ zum Lenkradskelett (nicht dargestellt) unbeweglich bzw. starr angeordnet. Für die Signalerfassung weist der Betätigungsschalter 10 einen kraftunempfindlich arbeitenden Berührungssensor 12 auf. Im Unterschied zu beispielsweise Kraftsensoren, erfolgt die Aktivierung des Berührungssensors 12 im Wesentlichen kraftfrei bzw. drucklos. Bei der signalauslösenden Berührung handelt es sich also nur um den Kontakt zwischen dem Berührungssensor 12 bzw. der Sensorfläche 17 des Lenkradteils 10 und der Hand eines bzw. mehrerer Finger des Benutzers. Es kommt nicht darauf an, wie stark der Benutzer auf die Sensorfläche 17 des Lenkradteils 10 drückt, um die Hupe auszulösen.
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Bei den Ausführungsbeispielen gemäß 1 bis 5 und 7 ist der kraftunempfindlich arbeitende Berührungssensor 12 als kapazitiver Sensor mit wenigstens einem elektrischen Leiterelement 14 ausgeführt. Das Leiterelement 14 weist einen oder mehrere Anschlüsse (nicht dargestellt) zur Verbindung mit einer Steuereinheit 13 auf. Wie in 1 ersichtlich, bildet das elektrische Leiterelement 14 die aktive Elektrode des kapazitiven Berührungssensors, die bei der Berührung des Lenkradteils 11 zusammen mit der Hand des Benutzers im Betrieb ein Kondensatorelement bildet. Dies gilt auch für die direkte Berührung der Hand mit dem Leiterelement 14 (siehe beispielsweise 5), wobei die Haut in diesem Fall in an sich bekannter Weise das Dielektrikum bildet. In beiden Fällen baut sich eine Kapazität auf, die durch die Steuereinheit 13 erfasst und als Schaltpunkt für die Auslösung der Hupe bzw. allgemein des Funktionselements dient. Hierfür können verschiedene Grundmessprinzipien verwendet werden, von denen eines im Zusammenhang mit dem Betriebsverfahren näher beschrieben wird.
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Die technische Realisierbarkeit der kapazitiven Signalgebung ist durch die auf dem Markt verfügbaren Mikrocontroller mit geringem Aufwand möglich, da diese im Eingangsschaltungsbereich einen kapazitiven Abgleich auf Chipebene ermöglichen. Derartige Mikrocontroller sind dem Fachmann bekannt.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 bildet die Oberseite des Lenkradteils 11 im Bereich des auf der Innenseite angeordneten elektrischen Leiterelements 14 die Sensorfläche 17, die zum Auslösen der Hupe bzw. des Funktionselements mit der Hand berührt wird. Generell ist die Sensorfläche 17 die wirksame Lenkradfläche, deren Berührung zu einer Signalauslösung führt. Im Allgemeinen ist dies ein dem Berührungssensor 12 zugeordnete Bereich oder Abschnitt der Lenkradfläche.
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Für die Realisierung des elektrischen Leiterelements 14 stehen verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung, die beispielhaft anhand der 1 bis 5 näher erläutert werden. So kann das Leiterelement 14 ein separater Körper sein, wie in 1 dargestellt. Dabei handelt es sich um einen elektrisch leitfähigen und flächigen Körper, der am Lenkradteil 11 angebracht ist. Der flächige Körper kann plattenartig bzw. mattenartig ausgebildet sein. Überdies kann der Körper an die Geometrie des Lenkradteils 11 angepasst sein, insbesondere an die Innenseite der Abdeckung des Airbag-Moduls. Der Körper kann beispielsweise als Metallgitter, Metallgewebe, Metallblech, metallisiertes Netz, metallisiertes Kunststoffelement, metallisiertes Lederelement oder metallisiertes Kartonelement ausgebildet sein. Es ist auch möglich, den Körper durch einen oder mehrere Metalldrähte zu bilden, die in einer Ebene mehrfach gekrümmt angeordnet sind und eine Fläche mit entsprechenden Unterbrechungen zwischen den nebeneinander verlaufenden Drahtelementen überdecken. Die Drähte können beispielsweise in eine Matte integriert sein. Ist das elektrische Leiterelement 14 formlabil, kann dieses beispielsweise durch Kleben, Prägen oder Schweißen am Lenkradteil angebracht sein. Zusätzlich kann eine mechanische Halterung, beispielsweise in der Form eines Haltekeils 16 vorgesehen sein, der das Leiterelement zwischen der Innenseite der Abdeckung des Airbag-Moduls einklemmt.
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Wenn das Leiterelement 14 formstabil ist, kann dieses durch einen geeigneten konturgebenden Vorformungsprozess, beispielsweise durch Tiefziehen, Prägen, Umspritzen oder Ähnliches bearbeitet werden. Dadurch wird die Handhabung und Anbringung an dem Lenkradteil 11 erleichtert.
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In 2 ist eine Alternative für die Realisierung des Leiterelements 14 dargestellt, bei der das Lenkradteil 11 selbst als elektrisches Leiterelement 14 ausgebildet ist. Dazu ist das Material des Lenkradteils 11 elektrisch leitfähig. Dies kann beispielsweise durch Zugabe von leitfähigen Zuschlagstoffen erreicht werden. Damit kann das ursprünglich nichtleitende Lenkradteil 11 selbst gezielt elektrisch leitfähig und somit zum elektrischen Leiterelement 14 des Berührungssensors 12 gemacht werden.
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Die Leitfähigkeit des Materials des Lenkradteils 11 kann beispielsweise durch Zugabe von Metallpartikeln, Kohlenstofffasern, Ruß oder Ähnlichem in an sich bekannter Weise erreicht werden. Die Kapazitätsänderung wird durch eine unmittelbare Berührung der Hand mit dem Lenkradteil 10 erreicht. Dasselbe gilt für die Ausbildung eines Fahrzeugemblems oder eines anderen Designteils, wie beispielsweise einer Zierleiste, die am Lenkrad befestigt ist. Auch in diesem Fall erfolgt eine direkte Berührung der Hand mit dem als Fahrzeugemblem oder Zierleiste bzw. generell als Designelement ausgebildeten Leiterelement.
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Die offenbarten Ausführungsbeispiele funktionieren mit einem einzigen Leiterelement 14. Dies gilt generell für die Ausbildung des Berührungssensors 12 als kapazitiver Sensor. Zur Abschirmung ist es möglich, zwei oder mehr als zwei Leiterelemente 14 miteinander zu kombinieren, die durch eine Isolierung getrennt sind. Der Sandwich-Aufbau der Leiterelemente 14 und der Isolierung bzw. Isolierschicht 15 ist in 3 dargestellt. Es ist möglich, mehr als zwei Leiterelemente miteinander zu kombinieren, beispielsweise drei Leiterelemente oder mehr als drei Leiterelemente. Die einzelnen Leiterelemente 14 sind voneinander isoliert. Die Leiterelemente 14 sind schichtweise, auf einer oder gegenüberliegenden Seiten des Lenkradteils 11 angeordnet, das auch selbst als Isolierschicht 15 dienen kann. Zusätzlich oder alternativ zur Abschirmung können die weiteren Leiterelemente 14 zur Erzeugung eines einzelnen Signals oder zur Erzeugung unterschiedlicher Signale verwendet werden.
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Die Schichten können miteinander verbunden sein, beispielsweise durch Ultraschallschweißen, Kleben, Pressen oder andere Verbindungsverfahren. Der mehrschichtige Aufbau gemäß 3 wird im Zusammenhang mit allen übrigen Ausführungsbeispielen offenbart. Dabei kann die Abschirmungsschicht beispielsweise an der Innenseite der Abdeckung und das Leiterelement bzw. die elektrisch leitende Schicht, die mit der Steuereinheit verbunden ist, auf der Außenseite der Abdeckung angebracht sein. Zusätzlich kann eine elektrisch nicht leitende Lackierung auf der äußeren Schicht aufgebracht sein.
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Wie in 4 dargestellt, kann das elektrische Leiterelement 14 in das Lenkradteil 10 eingebettet sein. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 ist eine Sensormatte als Leiterelement 14 in die Abdeckung des Airbag-Moduls integriert, d. h. das Leiterelement 14 ist auf beiden Seiten vom Material der Abdeckung umgeben. Diese Anordnung kann beispielsweise durch Umspritzen, Umschäumen oder Überspritzen gefertigt werden.
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Ein weiteres besonders bevorzugtes Beispiel ist in 5 dargestellt. Dabei ist das Leiterelement 14 in der Form einer oder mehrerer metallischer Schichten auf das Lenkradteil 10 aufgebracht. Bei der elektrisch leitfähigen Schicht kann es sich um einen elektrisch leitfähigen Lack, elektrisch leitfähige Tinte oder um eine Metallschicht handeln. Die Metallschicht kann aufgedampft, durch ein PVD-Verfahren abgeschieden oder durch eine Galvanisierung aufgebracht sein. Beispielsweise kann es sich bei der Schicht um eine Chromschicht handeln, die als Leiterelement 14 verwendet wird. In diesem Fall erfolgt der Kapazitätsaufbau durch die direkte Berührung der Außenschicht der Hand. Alternativ kann die Außenschicht mit einem nichtleitfähigen Lack oder einer andersartigen Isolierschicht beschichtet sein. In diesem Fall erfolgt der Kapazitätsaufbau, wenn die Hand die Außenschicht berührt. Die Beschichtung des Lenkradteils mit einer elektrisch leitfähigen Schicht verdeutlicht die großen Gestaltungsmöglichkeiten, da die Ausbildung des Berührungssensors nicht durch die Geometrie des jeweiligen Bauteils begrenzt ist. Vielmehr wird das Bauteil selbst durch die Beschichtung zum Sensor. Dies gilt im Prinzip für alle Ausführungsbeispiele.
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Eine weitere beispielhafte Anwendung ist in 7 schematisch dargestellt. Ein als Abdeckkappe eines Airbagmoduls ausgebildetes Lenkradteil 11 ist auf seiner Innen- bzw. Unterseite zumindest teilweise mit einem ersten Leiterelement 14, 14a in Form einer elektrisch leitenden Schicht versehen, die z. B. als „shield” oder „Masse” (optional) vorgesehen ist. Ein zweites Leiterelement 14, 14b in Form einer elektrisch leitenden Schicht ist auf der Außen- bzw. Oberseite des Lenkradteils 11 aufgebracht. Das Lenkradteil 11 selbst dient als erste Isolierschicht zwischen den beiden elektrisch leitenden Schichten 14a, 14b. Zumindest eine zweite Isolationsschicht 15 ist auf der elektrisch leitende Schicht 14b als Schutzschicht aufgebracht, z. B. als Decklackschicht.
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Zusammengefasst kann also das Leiterelement 14 auf der dem Benutzer zugewandten Oberfläche des Lenkradteils 11 ausgebildet sein, so dass die Auslösung der Hupe durch einen direkten Kontakt mit dem Leiterelement 14 erfolgt. Das Leiterelement 14 bildet dabei die Sensorfläche 17. Alternativ kann das Leiterelement 14 beschichtet, in das Lenkradteil 10 integriert oder auf der vom Benutzer abgewandten Seite bzw. der Innenseite des Lenkradteils 10 angeordnet sein. Dann erfolgt zum Auslösen der Hupe kein direkter Kontakt mit dem Leiterelement 14 durch die Hand des Benutzers. Vielmehr bildet die für den Benutzer zugängliche Lenkradfläche oberhalb des Leiterelements 14 die Sensorfläche 17.
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Im Rahmen der Erfindung kann der Betätigungsschalter 10 auch in der Form anderer Lenkradteile oder an bzw. in anderen Lenkradteilen ausgebildet sein. Im Prinzip besteht keine Einschränkung, was die Position des Betätigungsschalters 10 anbelangt. Beispielsweise kommt die Verkleidung des Lenkradskeletts als Betätigungsschalter in Frage. Es ist zweckmäßig, den Berührungssensor 12 des Betätigungsschalters 10 in oder an der Verkleidung im Bereich wenigstens einer Lenkradspeiche vorzusehen, insbesondere in symmetrischer Weise an zwei Lenkradspeichen vorzusehen. Die Verkleidung bildet dabei eine Sensorfläche 17 oder ein Sensorfeld, das gegenüber der sensorfreien Verkleidung abgesetzt, beispielsweise erhöht oder vertieft angeordnet ist und somit haptisch für den Benutzer wahrnehmbar ist.
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Die Sensorfläche 17 ist vorzugsweise auf der Oberseite einer Lenkradspeiche angeordnet und dadurch durch den Daumen oder einen Finger des Benutzers gut erreichbar. Alternativ oder zusätzlich kann die Sensorfläche 17 an der vorderen oder hinteren Seitenfläche der Lenkradspeiche angeordnet sein. Dies gilt sowohl für die Anbringung des Betätigungsschalters an einer einzigen Lenkradspeiche als auch an beiden Lenkradspeichen.
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Eine weitere Möglichkeit besteht darin, ein Designelement des Lenkrades, wie beispielsweise das Fahrzeugemblem, als Betätigungsschalter auszubilden. Dies hat den Vorteil, dass das ohnehin ins Auge fallende Emblem, das üblicherweise in der Mitte des Lenkrads angeordnet ist, zugleich zum Auslösen der Hupe verwendet wird. Andere Lenkradteile sind zur Ausbildung des Betätigungsschalters möglich (sofern diese elektrisch leitend gestaltet werden), wie beispielsweise der Luftsack (z. B. in einer Ausfühlung mit Metallbeschichtung oder als Karbongewebe) des Airbag-Moduls oder der Gasgenerator des Airbag-Moduls. Die vorgenannten Lenkradteile können einzeln oder in Gruppen miteinander kombiniert sein, um unterschiedlich positionierte Sensorfelder zu bilden, die jeweils als Betätigungsschalter zum Auslösen der Hupe oder eines anderen Funktionselements verwendet werden können.
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Den vorgenannten Lenkradteilen 11 ist gemeinsam, dass diese mechanisch unbeweglich sind. Das bedeutet, dass die Lenkradteile 11 keine Relativbewegung bezogen auf das Lenkradskelett (nicht dargestellt) ausführen, wenn diese mit einer manuellen Kraft des Benutzers beaufschlagt werden (sie können natürlich aber auf Wunsch auch mechanisch bewegbar gestaltet werden, z. B. um die bekannte Haptik (Druckgefühl beim Hupen) darzustellen). Für den Luftsack und den Gasgenerator gilt dies entsprechend, da diese Bauteile für den Benutzer unzugänglich und somit im Normalbetrieb relativ zum Lenkradskelett mechanisch nicht bewegbar sind. Damit ist der jeweilige Betätigungsschalter 10, der den vorgenannten Lenkradteilen 11 zugeordnet ist, ebenfalls mechanisch unbeweglich. Die Erfindung funktioniert auch, wenn sich das jeweilige, dem Benutzer zugängliche Lenkradteil durch die Beaufschlagung mit einer manuellen Kraft etwas verformt. Die Verformung hat aber für die Signalauslösung keine Bedeutung. Daher kann das Lenkradteil so steif sein, dass dieses sich bei der Beaufschlagung mit einer manuellen Kraft nicht verformt, wie dies beispielsweise bei der Abdeckung des Airbag-Moduls oder bei der Verkleidung des Lenkrads der Fall sein kann.
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Nachfolgend wird die Funktionsweise des Betätigungsschalters 10 mit einem Berührungssensor, wie im Zusammenhang mit 1 bis 5 erläutert, anhand der 6 näher beschrieben.
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6 zeigt ein Blockschaltbild des Betätigungsschalters 10 mit dem kraftunempfindlich arbeitenden Berührungssensor 12. Wie dem Blockschaltbild zu entnehmen, sind bei diesem Ausführungsbeispiel drei unterschiedliche Sensorflächen 17 vorgesehen. Diese können, wie vorstehend erläutert, an den beiden Lenkradspeichen sowie mittig im Bereich der Lenkradnabe angeordnet sein. Andere Positionen der Sensorfelder, sowie eine andere Anzahl von Sensorfeldern ist möglich. Die Sensorflächen sind mit der Steuereinheit 13 elektrisch verbunden. Die Steuereinheit 13 ist in an sich bekannter Weise durch die Wickelfeder bzw. den Wickelfederstecker 18 mit einer Stromversorgung, einer Erdung sowie einem Funktionselement wie beispielsweise der Hupe elektrisch verbunden. Ein mögliches Grundmessprinzip für den kapazitiven Abgleich ist nachfolgend beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf dieses Grundmessprinzip eingeschränkt. Andere Messprinzipien sind möglich.
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Die Steuereinheit 13 weist einen internen Kondensator auf, der durch einen internen Schalter auf eine Haltespannung geladen wird. Diese Haltespannung wird durch einen Analog/Digital-Wandler intern als Referenzspannung gespeichert. Anschließend schließt der interne Schalter den kapazitiven Berührungssensor parallel mit dem internen Kondensator. Die daraus resultierende Spannung wird mit der gespeicherten Spannung verglichen und bei einer Änderung als Schaltpunkt benutzt. So lange der Berührungssensor nicht aktiviert ist, d. h. so lange der Berührungssensor 12 nicht in Kontakt mit der Hand des Benutzers ist, tritt keine Spannungsänderung ein. Sobald die Hand oder ein Finger die Sensorfläche 17 des Lenkradteils berührt, baut sich eine Kapazität des Berührungssensors auf, da die Hand zusammen mit dem Leiterelement 14 zwei Kondensatorplatten bilden. Damit ändert sich die Spannung am parallel geschalteten internen Kondensator, die erfasst und als Schaltpunkt genutzt wird. Die Hupe wird ausgelöst.
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Die Aufladung des internen Kondensators und die Ermittlung der Referenzspannung sowie die anschließende Parallelschaltung des kapazitiven Berührungssensor mit dem internen Kondensator wiederholt sich, beispielsweise mit einer Frequenz von 50 Hz. Ein derartiger Microcontroller ist auf dem Markt erhältlich.
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Zusammengefasst bieten die vorgenannten Ausführungsbeispiele die Möglichkeit der Signalerzeugung mit nur einem physikalisch im Lenkradteil vorhandenen elektrischen Leiterelement, das als aktive Elektrode oder Kondensatorplatte wirkt. Für die Schalterbetätigung ist eine drucklose bzw. im Wesentlichen kraftfreie Berührung des Sensorfelds des Lenkradteils ausreichend. Eine Bewegung oder eine Kraftbeaufschlagung von Bauteilen ist nicht erforderlich. Durch die Verwendung eines kapazitiven Sensors werden die Gestaltungsmöglichkeiten des Betätigungsschalters beträchtlich erweitert, da diese praktisch unabhängig von der Form der jeweiligen Lenkradbauteile ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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