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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verkleidungselement des Typs, umfassend mindestens eine Trägerschicht, die eine Innenseite und eine Außenseite umfasst, und mindestens ein Heizelement, das angeordnet ist, um mindestens einen beheizten Bereich einer Außenfläche des Verkleidungselements zu erwärmen, wenn das Heizelement aktiviert ist.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Verkleidungselements und ein Verfahren zur Verwendung des Verkleidungselements.
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Die Erfindung wird z. B. auf ein Verkleidungselement angewendet, das eine Türverkleidung, eine Verkleidung der Mittelkonsole oder des Armaturenbretts eines Fahrzeugs oder dergleichen bildet.
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Es ist bekannt, in einem solchen Verkleidungselement ein Heizelement bereitzustellen, um einen Bereich der Außenfläche des Verkleidungselements zu beheizen und so den Komfort in dem Fahrzeuginnenraum zu verbessern.
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Der beheizte Bereich kann jedoch einen Fahrzeuginsassen verletzen, wenn der Insasse den beheizten Bereich berührt oder ihm zu nahe kommt, insbesondere wenn der beheizte Bereich von der Außenseite des Verkleidungselements nicht besonders gut zu sehen ist.
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Eine der Aufgaben der Erfindung ist es, diese Nachteile zu überwinden, indem ein Verkleidungselement umfassend ein Heizelement bereitgestellt wird, das auf sichere Weise verwendet werden kann.
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Zu diesem Zweck betrifft die Erfindung ein Verkleidungselement der oben genannten Art, umfassend ferner einen Näherungssensor, der angeordnet ist, um das Vorhandensein eines Körperteils eines Benutzers in der Nähe und/oder in Kontakt mit der Außenfläche des Verkleidungselements zu erfassen, wobei die Stromversorgung des Heizelements abgeschaltet wird, wenn ein solches Vorhandensein durch den Näherungssensor erfasst wird, der Näherungssensor eine kapazitive Schaltung mit mindestens einem in einer Schicht aus Kohlenstoffmaterial gebildeten Muster umfasst, wobei das Muster mindestens einen leitfähigen Bereich aus Kohlenstoffmaterial und mindestens einen nicht leitfähigen Bereich umfasst, der durch eine Durchgangsöffnung in der Schicht aus Kohlenstoffmaterial gebildet ist, wobei die leitfähige Schicht von einer Stromquelle gespeist wird, die elektrisch mit dem leitfähigen Bereich verbunden ist.
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Der Näherungssensor ermöglicht es, das Heizelement auszuschalten, wenn ein Fahrgast den beheizten Bereich berührt oder sich zu nah an ihm befindet. Indem der Näherungssensor in einer Schicht aus Kohlenstoffmaterial gebildet ist, kann der Näherungssensor auf einfache Weise implementiert werden. Außerdem kann die Schicht aus Kohlenstoffmaterial die Trägerschicht verstärken und die mechanischen Eigenschaften des Verkleidungselements, insbesondere seine Steifigkeit und seinen selbsttragenden Charakter, verbessern.
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Gemäß weiteren Merkmalen des Verkleidungselements gemäß der Erfindung, allein oder in jeder technisch denkbaren Kombination:
- - erstreckt sich die Schicht aus Kohlenstoffmaterial zwischen dem Heizelement und der Außenfläche;
- - erstreckt sich eine Barriereschicht zwischen dem Heizelement und der Schicht aus Kohlenstoffmaterial;
- - umfasst das Verkleidungselement eine Dekorschicht, die sich gegenüber der Außenseite der Trägerschicht erstreckt und die Außenfläche des Verkleidungselements bildet, wobei sich die Schicht aus Kohlenstoffmaterial über eine Innenseite der Dekorschicht erstreckt;
- - ist das Heizelement durch ein Muster gebildet, das sich in einer Funktionsschicht aus Kohlenstoffmaterial erstreckt, wobei das Muster mindestens einen leitfähigen Bereich aus Kohlenstoffmaterial und mindestens eine nicht leitfähige Schicht umfasst, die durch eine Durchgangsöffnung in der Funktionsschicht gebildet ist, wobei der leitfähige Bereich von einer Stromquelle gespeist wird, die elektrisch mit dem leitfähigen Bereich verbunden ist;
- - erstreckt sich die Funktionsschicht über mindestens einen Abschnitt der Innenseite oder der Außenseite der Trägerschicht; und
- - ist die Trägerschicht aus einem Verbundmaterial gefertigt, umfassend Naturfasern in einer Polypropylenmatrix;
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Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines wie oben beschriebenen Verkleidungselements, umfassend die folgenden Schritte:
- - Bereitstellen einer Schicht aus Kohlenstoffmaterial,
- - Schneiden der Schicht aus Kohlenstoffmaterial über ihre gesamte Stärke, um ein Muster zu bilden, das mindestens einen leitfähigen Bereich aus Kohlenstoffmaterial und mindestens einen nicht leitfähigen Bereich umfasst, der durch eine Durchgangsöffnung in der Schicht aus Kohlenstoffmaterial gebildet ist, um den Näherungssensor zu bilden,
- - Aufbringen der Schicht aus Kohlenstoffmaterial auf eine Trägerschicht, umfassend mindestens ein Heizelement,
- - elektrisches Verbinden des leitfähigen Bereich des Musters, der den Näherungssensor und das Heizelement bildet, mit mindestens einer Stromquelle.
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Gemäß einer weiteren Charakteristik des Verfahrens gemäß der Erfindung wird die Schicht aus Kohlenstoffmaterial durch Laserätzen, chemisches Ätzen, Fräsen oder mechanisches Bohren in das Kohlenstoffmaterial geschnitten.
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Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Verwendung eines wie oben beschriebenen Verkleidungselements, umfassend die folgenden Schritte:
- - Aktivieren des Heizelements, indem das Heizelement mit einer Stromquelle versorgt wird, und
- - wenn der Näherungssensor das Vorhandensein eines Abschnitts eines Körpers eines Benutzers in der Nähe der und/oder in Kontakt mit der Außenfläche des Verkleidungselements erfasst, Unterbrechen der Stromversorgung des Heizelements.
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Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung erschließen sich aus der folgenden Beschreibung, die exemplarisch und unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen gegeben wird, in denen:
- [1] 1 eine schematische Schnittdarstellung eines Abschnitts eines Verkleidungselements gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist,
- [2] 2 eine schematische Schnittdarstellung eines Heizelements des Verkleidungselements gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist,
- [3] [4] [5] [6] - 3 bis 6 schematische Schnittdarstellungen eines Abschnitts eines Verkleidungselements während verschiedener Schritte eines Verfahrens zur Herstellung des Verkleidungselements sind,
- [7] 7 eine schematische Schnittdarstellung eines Abschnitts eines Verkleidungselements gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist.
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Unter Bezugnahme auf 1 ist ein Verkleidungselement für ein Fahrzeug beschrieben, umfassend mindestens eine Trägerschicht 2, eine Dekorschicht 4 und ein Heizelement 6 und einen Näherungssensor 7. Ein solches Verkleidungselement ist zum Beispiel dazu bestimmt, eine Türverkleidung, eine Verkleidung des Armaturenbretts oder der Mittelkonsole oder dergleichen zu bilden.
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Die Trägerschicht 2 ist angeordnet, um dem Verkleidungselement seine Form und seine mechanischen Eigenschaften, insbesondere seine Steifigkeit, zu verleihen. Die Trägerschicht 2 ist somit beispielsweise aus einem im Wesentlichen steifen Material, wie z. B. einem Kunststoff- oder Verbundmaterial, für eine Türverkleidung hergestellt. Gemäß einer Ausführungsform ist die Trägerschicht 2 aus einem Verbundmaterial hergestellt, umfassend Naturfasern in einer Polypropylenmatrix, auch bekannt unter der Bezeichnung NFPP für „Naturfaserpolypropylen“. Naturfasern sind zum Beispiel ausgewählt aus Flachs, Hanf, Kenaf und/oder Holz. Die Trägerschicht 2 wird z. B. durch Thermokompression in einem Presswerkzeug gebildet, das die gewünschte Form der Trägerschicht 2 aufweist, die der Form des Verkleidungselements entspricht. Somit weist die Trägerschicht 2 z. B. eine dreidimensionale Form mit erhabenen Bereichen auf. Als Beispiel kann die Trägerschicht 2 z. B. einen Bereich umfassen, der über den Rest der Trägerschicht 2 hervorsteht, um eine Armlehne zu bilden.
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Alternativ wird die Trägerschicht 2 durch Einspritzen von Kunststoff, wie z. B. Polypropylen (PP), Polycarbonat-Acrylnitril-Butadien-Styrol (PC ABS) oder dergleichen, in einen Formhohlraum, der die gewünschte Form aufweist, hergestellt. Gemäß einer weiteren Variante wird die Trägerschicht 2 durch additive Fertigung in der gewünschten Form erlangt.
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Die Trägerschicht 2 umfasst eine Innenseite 8, die dazu bestimmt ist, sich auf der Seite des Abschnitts des Fahrzeugs zu erstrecken, an dem das Verkleidungselement installiert werden soll, wie z. B. die Tür des Fahrzeugs im Fall einer Türverkleidung, und eine Außenseite 10 gegenüber der Innenseite 8, und die dazu bestimmt ist, dem Fahrzeuginnenraum zugewandt zu sein.
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Die Dekorschicht 4 erstreckt sich auf der Seite der Außenseite 10 der Trägerschicht 2 auf mindestens einem Abschnitt davon. Die Dekorschicht 4 ist angeordnet, um dem Verkleidungselement sein Aussehen und seine Haptik zu verleihen. Die Dekorschicht 4 ist somit zum Beispiel aus einem weichen oder steifen Material hergestellt, das ein bestimmtes Aussehen und/oder einen bestimmten Griff aufweist, das/den dem Verkleidungselement verleiht werden soll. Somit ist die Dekorschicht 4 z. B. aus Textilmaterial, Kunststoffmaterial, Holzmaterial, Leder oder Kunstleder oder dergleichen hergestellt. Die Dekorschicht 4 ist an die Außenseite 10 der Trägerschicht 2 ausgebildet, d. h. sie passt sich in dem Bereich der Trägerschicht 2, den sie bedeckt, im Wesentlichen an die Form der Außenseite 10 an. Gemäß einer Ausführungsform deckt die Dekorschicht 4 die gesamte Trägerschicht 2 ab.
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Die Dekorschicht 4 umfasst eine Innenseite 12, die sich gegenüber der Außenseite 10 der Trägerschicht 2 erstreckt, und eine Außenseite 14, die sich von dem Verkleidungselement nach außen erstreckt und die Außenfläche des Verkleidungselements 1 bildet, d. h. den Abschnitt des Verkleidungselements 1 bildet, der von dem Fahrzeuginnenraum aus sichtbar ist. Die Außenseite 14 kann dekorative Muster oder Hinweise für einen Benutzer umfassen, um ihn z. B. auf das Vorhandensein eines Funktionsbereichs hinzuweisen, wie dies später noch beschrieben wird. Alternativ oder ergänzend kann die Dekorschicht 4 zumindest in bestimmten Bereichen lichtdurchlässig sein, um Licht von der Innenseite 12 zu der Außenseite 14 durchzulassen, was ermöglicht, diese Bereiche zu hinterleuchten, um einen Benutzer beispielsweise über das Vorhandensein eines beheizten Bereichs oder eines anderen Funktionsbereichs zu informieren.
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Die Dekorschicht 4 ist beispielsweise durch eine Verbindungsschicht, z. B. Klebstoff, Haftmittel, wärmeaktivierbare Polypropylenfolie, an der Anordnung befestigt, die aus der Trägerschicht 2, dem Heizelement 6 und dem Näherungssensor 7 besteht, wie es später beschrieben ist. Es ist zu verstehen, dass die Dekorschicht 4 auf andere geeignete Weise an der Trägerschicht 2 oder an einer anderen Schicht befestigt werden kann. Eine solche Befestigung kann zum Beispiel durch Nähen, Umspritzen, Schweißen oder Aufschäumen einer Verbindungsschicht erlangt werden, insbesondere abhängig von den Materialien, die zur Herstellung der Trägerschicht 2 und/oder der Dekorschicht 4 verwendet werden.
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Alternativ fehlt dem Verkleidungselement eine Dekorschicht 4 und die Außenfläche 14 des Verkleidungselements ist durch die Außenseite der Trägerschicht 2 und/oder durch die Schicht umfassend das Heizelement 6 und/oder durch die Schicht umfassend den Näherungssensor 7 gebildet.
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Das Heizelement 6 ist ein Element, das angeordnet ist, um mindestens einen beheizten Bereich der Außenfläche 14 des Verkleidungselements zu beheizen, wenn das Heizelement 6 aktiviert ist. Zu diesem Zweck ist das Heizelement beispielsweise aus einem Widerstandskreis gebildet, der angeordnet ist, um Wärme abzugeben, wenn der Widerstandskreis von einer Stromquelle gespeist wird. Das Heizelement 6 ist z. B. an der Trägerschicht 2 befestigt und angeordnet, um Wärme an die Außenfläche 14 abzugeben. Obwohl das Heizelement an der Innenseite 8 der Trägerschicht 2 befestigt sein kann, ist das Heizelement 6 vorzugsweise an der Außenseite 10 der Trägerschicht 2 befestigt, um näher an der Außenfläche zu sein und damit die Wärme nicht durch die Trägerschicht 2 hindurch abgestrahlt werden muss, um die Außenfläche 14 des Verkleidungselements zu erreichen. In dem Fall, in dem die Außenfläche 14 durch die Außenseite 10 der Schicht von 2 gebildet ist, ist das Heizelement 6 jedoch beispielsweise an der Innenseite 8 der Trägerschicht 2 befestigt.
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Gemäß einer besonderen Ausführungsform und wie es in 1, 2 und 7 dargestellt ist, ist das Heizelement 6 beispielsweise in einer Funktionsschicht 15 aus Kohlenstoffmaterial gebildet und erstreckt sich über die Trägerschicht 2, beispielsweise über mindestens einen Abschnitt der Außenfläche 10, wie es in 1 dargestellt ist. Gemäß einer Ausführungsform ist die Funktionsschicht 15 auch eine Verstärkungsschicht der Trägerschicht 2, und in diesem Fall erstreckt sich die Funktionsschicht 15 insbesondere zumindest in dem Bereich oder den Bereichen, in denen die Trägerschicht 2 verstärkt werden soll. In diesem Fall erstreckt sich die Funktionsschicht 15 zwischen der Außenseite 10 und der Außenfläche 14, z. B. zwischen der Außenseite 10 und der Dekorschicht 4. Gemäß einer Ausführungsform erstreckt sich die Funktionsschicht 15 über die gesamte Fläche der Seite der Trägerschicht 2, auf der die Funktionsschicht 15 aufgebracht ist. Gemäß einer Ausführungsform erstreckt sich die Funktionsschicht 15 auf der gesamten Fläche der Innenseite 8 oder der Außenseite 10 der Trägerschicht. Gemäß einer Ausführungsform wird die Funktionsschicht 15 direkt auf die Trägerschicht 2 aufgebracht, d. h. es gibt keine Zwischenschicht zwischen der Trägerschicht 2 und der Funktionsschicht 15. Die Funktionsschicht 15 ist an den Abschnitt der Seite der Trägerschicht 2, den sie bedeckt, angepasst, d. h. die Funktionsschicht 15 passt sich an die Form dieses Abschnitts der Seite der Trägerschicht 2 an.
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Die Funktionsschicht 15 ist eine Schicht, die aus einem Kohlenstoffmaterial hergestellt ist und mindestens ein Muster 18 umfasst, das ein Heizelement bildet, um mindestens einen Abschnitt der Außenfläche des Verkleidungselements zu erwärmen, wie es später beschrieben ist. Das Material liegt z. B. in Form von Kohlenstofffasern ohne Schmälze und/oder recycelten Kohlenstofffasern vor. Dadurch, dass keine Schmälze vorhanden ist, können die elektrischen Eigenschaften des Musters 18 verbessert werden. Das Muster 18 weist somit nach der dreidimensionalen Formung des Verkleidungselements eine bessere Leitfähigkeit und Kontinuität des elektrischen Kontakts auf, wie es später beschrieben ist. Die Funktionsschicht 15 weist zum Beispiel eine Stärke auf, die im Wesentlichen zwischen 20 um und 200 um liegt. Als Ergänzung kann das Kohlenstoffmaterial auch Polypropylen umfassen, z. B. in einer Menge von 40 Gew.-% oder weniger der Zusammensetzung der Funktionsschicht.
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Wenn die Funktionsschicht 15 als Verstärkungsschicht für die Trägerschicht 2 fungiert, verbessert die Funktionsschicht 15 die mechanischen Eigenschaften des Verkleidungselements, insbesondere in Bezug auf Steifigkeit und den selbsttragenden Charakter, insbesondere wenn die Trägerschicht 2 aus einem Verbundmaterial hergestellt ist. Gemäß einer Ausführungsform ist die Funktionsschicht 15 durch einen Film gebildet, der auf die Trägerschicht 2 und/oder die Dekorschicht 4 geklebt oder laminiert wird. In diesem Fall bildet die Funktionsschicht nicht notwendigerweise eine Verstärkungsschicht der Trägerschicht 2.
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Das in der Funktionsschicht 15 gebildete Muster 18 umfasst mindestens einen leitfähigen Bereich 20, der durch das Kohlenstoffmaterial der Funktionsschicht 6 gebildet wird, und mindestens einen nicht leitfähigen Bereich 22, der durch eine Durchgangsöffnung in der Stärke der Funktionsschicht 15 gebildet wird. Die Formen des leitfähigen Bereichs 20 und des nicht-leitfähigen Bereichs 22, von denen ein Beispiel in 2 dargestellt ist, sind angeordnet, damit das Muster 18 ein Heizelement bildet, wenn der leitfähige Bereich 20 mit Strom versorgt wird. Mit anderen Worten, das Muster 18 ist derart, dass es einen elektrischen Stromkreis definiert, der das Heizelement 6 bildet, wenn der Stromkreis versorgt wird. Je nach der zu beheizenden Oberfläche und ihrer Form kann ein Muster mehrere verschiedene leitfähige Bereiche 20 und nicht-leitfähige Bereiche 22 umfassen. Generell umfasst das Muster 18 einen nicht-leitfähigen Bereich 22, der den leitfähigen Bereich oder die leitfähigen Bereiche 20 umgibt, um den elektrischen Stromkreis, der das Heizelement bildet, von dem Rest der Funktionsschicht 15 zu isolieren.
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Ein solcher Widerstandskreis ermöglicht es, einen Abschnitt der Außenfläche 14 des Verkleidungselements gegenüber dem Muster 18 zu erwärmen, wenn der leitfähige Bereich 20 des Musters 18 elektrisch versorgt wird. Die Form des Widerstandskreises entspricht z. B. der Form des beheizten Bereichs auf der Außenfläche 14 des Verkleidungselements. So ist, wie es in 2 dargestellt ist, die Kontur des Musters 18 beispielsweise kreisförmig und umfasst mehrere leitfähige Bereiche 20, die eine Spiralform aufweisen, die durch nicht-leitfähige Bereiche 22 getrennt sind, die auch eine Spiralform aufweisen. Am Ende der leitfähigen Bereiche 20 sind zwei Anschlussklemmen 24 für den Anschluss an eine (nicht dargestellte) Stromquelle vorgesehen, wie es später beschrieben ist. Diese Form des Musters ist nur ein Beispiel und es ist zu verstehen, dass je nach Form des zu beheizenden Bereichs auf der Außenfläche 14 des Verkleidungselements auch andere Formen bereitgestellt sein können. Gemäß einer Ausführungsform wird der leitfähige Bereich des Musters 18 durch einen erweiterten Bereich der Funktionsschicht gebildet, und die Durchgangsöffnung(en), die den/die nicht-leitfähigen Bereich(e) bilden, werden durch die Kontur dieses erweiterten Bereichs gebildet.
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Gemäß einer Ausführungsform sind Funktionsschichten 15 auf der Innenseite 8 und der Außenseite 10 der Trägerschicht 2 bereitgestellt. In diesem Fall kann das Muster 18 in einer oder in beiden Funktionsschichten 15 gebildet sein.
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Gemäß einer Ausführungsform ist ein Abschnitt des Widerstandskreises, der das Heizelement bildet, insbesondere der Abschnitt des Kreises, der bei eingeschaltetem Heizelement beheizt wird, in der auf die Außenseite 10 aufgebrachten Funktionsschicht 15 gebildet, und ein anderer Abschnitt des Widerstandskreises, insbesondere der Abschnitt des Kreises, der die Anschlussklemmen 24 umfasst, ist in der Funktionsschicht 15 gebildet, die sich auf der Innenseite 8 der Trägerschicht 2 erstreckt. Die zwei Abschnitte des Widerstandskreises sind durch ein oder mehrere Verbindungselemente, wie z. B. Verbindungsstifte, die sich durch die Trägerschicht 2 erstrecken, miteinander verbunden. Ein solches Verbindungselement ist beispielsweise von einem leitfähigen Material gebildet, das eine Öffnung ausfüllt, die sich in der Trägerschicht 2 zwischen den miteinander verbundenen Abschnitten des Widerstandskreises erstreckt. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, um den Anschluss des Widerstandskreises an eine Stromquelle zu erleichtern, wie es später beschrieben ist. Gemäß einer Ausführungsform ist der Abschnitt des Kreises, der die Anschlussklemmen 24 umfasst, nicht in einer Funktionsschicht gebildet, sondern allein auf die Innenseite 8 des Trägerelements 2 aufgebracht.
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Gemäß einer weiteren in 7 dargestellten Ausführungsform umfasst das Heizelement 6 zwei Elektroden 26, die auf die Funktionsschicht 15 aufgebracht sind. Die Elektroden 26 sind voneinander beabstandet und sind auf unterschiedliche Bereiche der Funktionsschicht 15 aufgebracht. Der Abschnitt der Funktionsschicht 15, der sich zwischen den Bereichen erstreckt, auf denen die Elektroden 26 aufgebracht sind, bildet einen Heizabschnitt 28, der durch den Joule-Effekt beheizt wird, wenn ein elektrischer Strom in diesem Heizabschnitt 28 von einer Elektrode 26 zu der anderen Elektrode 26 fließt. Daher muss gemäß dieser Ausführungsform nur die Außenkontur des das Muster 18 bildenden Heizabschnitts 28 ausgeschnitten werden, um einen nicht-leitfähigen Bereich zu bilden, und das Verfahren zur Herstellung des Verkleidungselements kann vereinfacht werden. Gemäß der Ausführungsform in 7 erstreckt sich die Funktionsschicht 15 auf der Außenseite der Trägerschicht. Alternativ erstreckt sich die Funktionsschicht 15 auf der Innenseite der Trägerschicht 2. In einer Variante sind die Elektroden 26 in die Funktionsschicht 15 eingefügt.
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Es ist zu verstehen, dass in der/den Funktionsschicht(en) 15 des Verkleidungselements neben dem/den Heizelement(en) auch andere Funktionselemente gebildet sein können. Solche Funktionselemente umfassen beispielsweise einen oder mehrere kapazitive Kreise zum Bilden eines Touchpads, eines sogenannten „Touch Sliders“ (Berührungsschieber) oder einer Berührungstaste auf der Außenfläche 14 des Verkleidungselements 1, einen oder mehrere flexible Widerstandskreise, die verformt werden können, um einen Druck auf der Außenfläche 14 des Verkleidungselements zu erfassen, um einen Drucksensor zu bilden. Solche Funktionselemente sind auch durch Muster gebildet, die in der/den Funktionsschicht(en) gebildet sind, wobei sich diese Muster von dem Muster/den Mustern 18 unterscheiden, die das oder die Heizelement(e) bilden.
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Das oder jedes Muster 18 wird von mindestens einer (nicht dargestellten) Stromquelle mit Strom versorgt, die elektrisch mit dem oder den leitfähigen Bereichen 20 des Musters 18 verbunden ist, z. B. mit jedem Anschluss 24 der Muster 18 verbunden ist. Die Stromquelle ist mit dem leitfähigen Bereich 20 verbunden, z. B. über ein elektrisches Kabel 34, das direkt oder über einen elektrischen Verbinder 36 mit dem leitfähigen Bereich 20 des Musters 18 verbunden ist. Der Verbinder 36 erstreckt sich z. B. in eine Aufnahme der Trägerschicht 2 oder in eine Durchgangsöffnung von der Innenseite 8 zu der Außenseite 10 der Trägerschicht 2. Das elektrische Kabel 34 ist dann mit dem elektrischen Verbinder 36 auf der Seite der Innenseite 8 der Trägerschicht 2 verbunden und der elektrische Verbinder 36 ist mit dem leitfähigen Bereich 20 auf der Seite der Außenseite 10 der Trägerschicht 2 verbunden. Gemäß einer zuvor beschriebenen Ausführungsform kann das elektrische Kabel 34 mit den Anschlussklemmen 24 verbunden werden, die sich auf der Innenseite 8 der Trägerschicht 2 erstrecken, wobei der elektrische Strom den Heizabschnitt des Widerstandskreises über das oder die Verbindungselemente, die sich durch die Trägerschicht 2 erstrecken, versorgt. Das Stromkabel 34 ist z. B. mit dem elektrischen System des Fahrzeugs verbunden, das dann die Stromquelle bildet. Wenn in der oder den Funktionsschichten 15 mehrere Schaltkreise bereitgestellt sind, wird jeder Kreis von einer einzigen Stromquelle oder von mehreren Stromquellen über elektrische Kabel 34 gespeist.
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Gemäß einer besonderen Ausführungsform kann das Verkleidungselement ferner eine transparente oder transluzente Beschichtung umfassen, die sich über die Dekorschicht 4 oder die Trägerschicht und/oder die Funktionsschicht 15 und/oder die Schicht mit dem Näherungssensor 7 erstreckt und durch die die Dekorschicht 4 oder die Trägerschicht und/oder die Funktionsschicht 15 und/oder die Schicht umfassend den Näherungssensor 7 zu sehen ist. Eine solche Beschichtung ist zum Beispiel ein Lack oder eine lichtdurchlässige Folie, zum Beispiel auf Polypropylenbasis, die es ermöglicht, die Schicht, die sich darunter erstreckt, zu schützen und insbesondere die Beschädigung des oder der Muster 18 zu verhindern. Es ist insbesondere von Interesse, die Trägerschicht sichtbar zu machen, wenn die Trägerschicht ein zufriedenstellendes Aussehen aufweist, z. B. bei einer Schicht, die aus NFPP hergestellt ist.
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Das oben beschriebene Verkleidungselement ermöglicht es, ein oder mehrere Heizelemente und möglicherweise weitere Funktionselemente in die Funktionsschicht(en) 15 der Trägerschicht 2 zu integrieren, wodurch die Komplexität des Verkleidungselements verringert wird und eine einfache Positionierung dieser Elemente in Bezug auf die Trägerschicht 2 und/oder die Dekorschicht 4 ermöglicht wird.
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Der Näherungssensor 7 ist angeordnet, um das Vorhandensein eines Körperteils eines Körpers eines Benutzers in der Nähe und/oder in Kontakt mit einem beheizten Bereich der Außenfläche 14 des Verkleidungselements zu erfassen. Der Näherungssensor 7 ist somit angeordnet, um zu erkennen, ob sich ein Benutzer, z. B. mit seiner Hand oder seinen Fingern, der Außenfläche 14 des Verkleidungselements nähert, insbesondere einem Bereich, der durch ein Heizelement erwärmt wird. Der Näherungssensor 7 ist ferner angeordnet, um das Heizelement auszuschalten, wenn sich ein Körperteil eines Benutzers der beheizten Zone nähert, um den Benutzer vor Schäden durch die Hitze der beheizten Zone zu schützen. Insbesondere ist der Näherungssensor 7 beispielsweise angeordnet, um die Anwesenheit eines Körperteils eines Benutzers in einem vorbestimmten Erfassungsfeld um den beheizten Bereich herum zu erfassen, wobei das vorbestimmte Feld dem Abstand entspricht, in der die Hitze den Benutzer verletzen könnte, wenn der Benutzer die Außenfläche 14 des Verkleidungselements in diesem Bereich berühren würde. Mit anderen Worten, wenn das Verkleidungselement verwendet wird, wird in dem Fall, dass das Heizelement 6 mit Strom versorgt wird, das Heizelement 6 ausgeschaltet, wenn der Näherungssensor 7 das Vorhandensein eines Körperteils eines Benutzers erkennt, das zu nahe an dem Bereich der Außenfläche 14 ist, der durch das Heizelement beheizt wird.
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Der Näherungssensor 7 ist durch ein Muster 38 gebildet, das in einer Schicht aus Kohlenstoffmaterial 40 gebildet ist. Insbesondere ist das Muster 38 in die Schicht aus Kohlenstoffmaterial 40 eingeschnitten, um einen kapazitiven Kreis zu bilden, der ein Sensorfeld um den beheizten Bereich auf der Seite der Außenfläche 14 des Verkleidungselements aussendet, wenn der kapazitive Kreis versorgt wird. Das Kohlenstoffmaterial der Schicht aus Kohlenstoffmaterial 40 umfasst z. B. Kohlenstofffasern ohne Schmälze und/oder recycelte Kohlenstofffasern. Dadurch, dass keine Schmälze vorhanden ist, können die elektrischen Eigenschaften des Musters 38 verbessert werden. Das Muster 38 weist somit nach der dreidimensionalen Formung des Verkleidungselements eine bessere Leitfähigkeit und Kontinuität des elektrischen Kontakts auf, wie es später beschrieben ist. Die Schicht aus Kohlenstoffmaterial 40 weist zum Beispiel eine Stärke auf, die zwischen 20 um und 300 um liegt. Als Ergänzung kann das Kohlenstoffmaterial auch Polypropylen umfassen, z. B. in einer Menge von 40 Gew.-% oder weniger der Zusammensetzung der Schicht aus Kohlenstoffmaterial.
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Das Muster 38 umfasst mindestens einen leitfähigen Bereich 42 und mindestens einen nicht leitfähigen Bereich 44, der durch eine Durchgangsöffnung in der Schicht aus Kohlenstoffmaterial 40 gebildet ist. Je nach der Form des beheizten Bereichs und den Abmessungen des Erfassungsbereichs kann ein Muster 38 mehrere leitfähige Bereiche 42 und/oder mehrere nicht leitfähige Bereiche 44 umfassen, und die Form des Musters 38 kann an die Form des beheizten Bereichs angepasst werden. Generell umfasst das Muster 38 einen nicht leitfähigen Bereich 44, der den oder die leitfähigen Bereiche 42 umgibt, um den elektrischen Stromkreis, der den Näherungssensor 7 bildet, von dem Rest der Schicht aus Kohlenstoffmaterial 40 zu isolieren.
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Es können mehrere Näherungssensoren 7 bereitgestellt sein, z. B. so viele Näherungssensoren wie es Heizelemente 6 gibt.
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Um den durch das Muster 38 gebildeten kapazitiven Kreis zu versorgen, wird der kapazitive Kreis elektrisch mit einer Stromquelle verbunden, z. B. mit der gleichen Stromquelle, die auch das Heizelement 6 versorgt. Zu diesem Zweck sind der oder die leitfähigen Bereiche 42 des kapazitiven Kreises beispielsweise durch ein oder mehrere elektrische Kabel 34 mit einem oder mehreren elektrischen Verbindern 36 in der Trägerschicht 2 verbunden, wie es in 1 dargestellt ist. Um das Erfassungsfeld auf der Seite der Außenfläche 14 des Verkleidungselements zu emittieren, erstreckt sich die Schicht aus Kohlenstoffmaterial 40 beispielsweise in der Nähe der Dekorschicht 4, beispielsweise gegen eine Innenseite derselben oder gegen die Verbindungsschicht, mit der die Dekorschicht 4 an der aus der Trägerschicht 2, dem Heizelement 6 und dem Näherungssensor 7 gebildeten Anordnung befestigt ist. Es ist zu verstehen, dass der Näherungssensor 7 auch an einer anderen Stelle des Verkleidungselements angeordnet sein kann, aber eine Anordnung in der Nähe der Außenfläche ermöglicht einen großen Erfassungsbereich auf der Seite der Außenfläche 14 mit einer einfachen kapazitiven Schaltung, während der Näherungssensor 7 von der Außenseite des Verkleidungselements unsichtbar bleiben kann. Gemäß einer Variante kann der Näherungssensor 7 weiter von der Außenfläche 14 entfernt sein als das Heizelement 6. Gemäß einer Ausführungsform erstreckt sich eines von dem Heizelement 6 und dem Näherungssensor 7 über die Außenseite 10 der Trägerschicht 2 und das andere über die Innenseite 8 der Trägerschicht 2.
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Wenn sich die Schicht aus Kohlenstoffmaterial 40 zwischen dem Heizelement 6 und der Außenfläche 14 erstreckt, erstreckt sich eine Sperrschicht 46 zwischen der Funktionsschicht 15 und der Schicht aus Kohlenstoffmaterial 40. Die Sperrschicht 46 ist angeordnet, um die zwei leitfähigen Schichten, d. h. die Funktionsschicht 15 und die Schicht aus Kohlenstoffmaterial 40, umfassend den Näherungssensor 7, elektrisch zu isolieren. Die Sperrschicht 46 ist beispielsweise hochtemperaturbeständig, um zu verhindern, dass sie sich zersetzt, wenn das Heizelement 6 die Außenfläche 14 des Verkleidungselements beheizt. Die Sperrschicht 46 ist z. B. eine Schicht aus thermoplastischem Polyurethan (TPU) oder Copolyester (CoPES). Die Sperrschicht 46 kann zwischen zwei Klebstoffschichten 48 angeordnet sein, damit die Sperrschicht 46 an der Funktionsschicht 15 und/oder der Trägerschicht 2 haftet und um die Anhaftung der Schicht aus Kohlenstoffmaterial 40 an der Sperrschicht 46 zu ermöglichen. Gemäß einer Ausführungsform ist die Sperrschicht 46 aus einer dreilagigen Folie gebildet, die mit der Funktionsschicht 15 und der Schicht aus Kohlenstoffmaterial 40 laminiert werden muss. In diesem Fall umfasst die Sperrschicht 46 eine Schicht aus einem Material, das chemisch mit der Schicht aus Kohlenstoffmaterial 40 kompatibel ist, die während des Laminierens schmilzt, die hitzebeständige Sperrschicht 46, die nicht schmilzt, und eine Schicht aus einem Material, das chemisch mit der Funktionsschicht 15 kompatibel ist, die ebenfalls während des Laminierens schmilzt.
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Ein Verfahren zur Herstellung eines Verkleidungselements gemäß der Ausführungsform der 1 wird nun unter Bezugnahme auf die 3 bis 6 beschrieben.
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Wie es in 3 dargestellt ist, wird eine Schicht aus Kohlenstoffmaterial 40 geschnitten, um den Näherungssensor 7 zu erzeugen. Zu diesem Zweck wird mindestens eine Durchgangsöffnung durch die Schicht aus Kohlenstoffmaterial 40 geschnitten, um den oder die nicht leitfähigen Bereiche 44 herzustellen. Mit „durch und durch“ ist gemeint, dass die Schicht aus Kohlenstoffmaterial 40 über ihre gesamte Stärke geschnitten wird. Die Form der Durchgangsöffnung(en) in der Schicht aus Kohlenstoffmaterial 40 definiert die Form des Musters 38 und des/der leitfähigen Bereichs/e 42 desselben. Gemäß der Ausführungsform von 3 wird die Schicht aus Kohlenstoffmaterial 40 mittels Laserstrahlung 50 ausgehöhlt, wodurch die Form des Musters 38 sehr genau definiert werden kann. Alternativ wird die Schicht aus Kohlenstoffmaterial 40 durch chemisches Ätzen, Fräsen oder mechanisches Bohren in das Kohlenstoffmaterial geschnitten. Wie es vorstehend beschrieben ist, können in der Schicht aus Kohlenstoffmaterial 40 mehrere Muster geschnitten sein.
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Wenn eine Barriereschicht 46 bereitgestellt ist, wird die Schicht aus Kohlenstoffmaterial 40 dann mit der Sperrschicht 46 laminiert, wobei sich eine Klebstoffschicht 48 (oder eine Schicht, die während des Laminierens wie oben beschrieben schmelzen kann) zwischen der Sperrschicht 46 und der Schicht aus Kohlenstoffmaterial 40 erstreckt, sodass die Schicht aus Kohlenstoffmaterial 40 über die Klebstoffschicht 48 an der Sperrschicht 46 haftet, wie es in 4 dargestellt ist.
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Während, vor oder nach den obigen Schritten wird ein Heizelement 6 an der Trägerschicht 2 befestigt. Gemäß der Ausführungsform, bei der das Heizelement 6 durch ein Muster 18 in einer Funktionsschicht 15 gebildet ist, wird die Funktionsschicht 15 auf die gesamte oder einen Teil der inneren oder äußeren Schicht 8, 10 der Trägerschicht 2 aufgebracht, wie es zuvor beschrieben ist. Gemäß einer Ausführungsform wird eine Funktionsschicht 15 auf die Innenseite 8 aufgebracht und eine weitere Funktionsschicht wird auf die Außenseite 10 der Trägerschicht 2 aufgebracht. In 5 erstreckt sich die Funktionsschicht auf der Außenseite 10 der Trägerschicht 2. Das Aufbringen der Funktionsschicht 15 wird beispielsweise durch das Zusammenfügen einer Matte aus Kohlenstofffasern und Polypropylenfasern erlangt, die aus einem Nadelverfahren stammt und auf die Trägerschicht 2 aufgebracht wird. Das Muster 18 wird dann in der Funktionsschicht 15 hergestellt, um das Heizelement 6 zu bilden. Dazu wird mindestens eine durchgehende Öffnung in der Funktionsschicht 15 gebildet, um den nicht leitfähigen Bereich 22 herzustellen. Die Form der Durchgangsöffnung(en) in der Funktionsschicht 15 definiert die Form des Musters 18 und des oder der leitfähigen Bereichs/e 20 desselben. Gemäß einer Ausführungsform wird die Funktionsschicht mittels Laserstrahlung ausgehöhlt, wodurch die Form des Musters 18 sehr genau definiert werden kann. Alternativ wird die Funktionsschicht durch chemisches Ätzen, Fräsen oder mechanisches Bohren in das Kohlenstoffmaterial geschnitten. Wie es vorstehend beschrieben ist, können in der Funktionsschicht 15 mehrere Muster 18 bereitgestellt sein.
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Die Schicht aus Kohlenstoffmaterial 40 wird dann an der aus der Trägerschicht 2 und der Funktionsschicht 15 gebildeten Anordnung befestigt, z. B. durch eine Klebstoffschicht 48, die sich über die Rückseite der Sperrschicht 46 erstreckt, wie es in 6 dargestellt ist (oder durch eine Schicht, die während des Laminierens schmelzen kann, wie es oben beschrieben ist).
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Es ist zu verstehen, dass das Muster oder die Muster in der Schicht aus Kohlenstoffmaterial 40 und/oder in der Funktionsschicht 15 mit dem Zusammenfügen dieser Schichten mit der Trägerschicht 2 geschnitten werden können.
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Gegebenenfalls wird die Dekorschicht 4 anschließend an der Schicht aus Kohlenstoffmaterial 40 oder an der Funktionsschicht 15 und an der Trägerschicht 2 befestigt, z. B. durch Kleben, je nachdem, welche Schicht sich unter der Dekorschicht 4 erstreckt. Ebenso kann, wenn eine Beschichtungsschicht bereitgestellt ist, die Beschichtung auf die geeignete Schicht aufgetragen werden.
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Der Näherungssensor 7 und das Heizelement 6 werden dann an eine oder mehrere Stromquellen angeschlossen, z. B. bei der Montage des Verkleidungselements an dem Fahrzeug. Wenn ein elektrischer Verbinder 36 bereitgestellt ist, wird dieser beispielsweise in eine zuvor in die Trägerschicht 2 eingebrachte Durchgangsöffnung eingeführt. Ebenso werden, wenn Verbindungselemente bereitgestellt sind, diese zunächst in Durchgangslöcher eingeführt, die zuvor in der Trägerschicht 2 hergestellt werden.
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Ein Schritt zur dreidimensionalen Formung der Trägerschicht 2 kann bereitgestellt sein, um dem Verkleidungselement die gewünschte Form zu verleihen. Dieser Schritt kann vor oder nach dem Zusammenbau der Dekorschicht 4 und/oder dem Aufbringen der Beschichtung erfolgen.
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Das Verfahren ist daher besonders einfach und kostengünstig zu implementieren. Außerdem kann die Positionierung des oder der Muster präzise gewährleistet werden.
