DE29822832U1 - Steering wheel for motor vehicles - Google Patents
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Description
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PETRI AG
Bahnweg 1PETRI AG
Bahnweg 1
63743 Aschaffenburg63743 Aschaffenburg
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Lenkrad für KraftfahrzeugeSteering wheel for motor vehicles
Die Erfindung betrifft ein Lenkrad für Kraftfahrzeuge nach dem Oberbegriff des nspruchs 1. Ein derartiges Lenkrad weist Mittel zur Erzeugung elektrischer Impulse aufgrund einer auf einen definierten Bereich des Lenkrades (Schaltfläche) ausgeübten Kraft auf.The invention relates to a steering wheel for motor vehicles according to the preamble of claim 1. Such a steering wheel has means for generating electrical impulses based on a force exerted on a defined area of the steering wheel (button surface).
Bei den Mitteln zur Erzeugung elektrischer Impulse kann es sich beispielsweise um den Auslöser einer elektrischen Hupe handeln, der in der Regel im zentralen Emblembereich des Lenkrades angeordnet ist, oder um im Randbereich des Lenkrades vorgesehene Schalter, mit denen weitere elektrische Funktionen eines Kraftfahrzeuges steuerbar sind.The means for generating electrical impulses can be, for example, the trigger of an electric horn, which is usually located in the central emblem area of the steering wheel, or switches provided in the edge area of the steering wheel, with which other electrical functions of a motor vehicle can be controlled.
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So ist aus der US-PS 5,499,841 ein elektrische Hupenschalter bekannt, der innerhalb der Abdeckung eines Gehäuses für einen Fahrerairbag angeordnet ist und aus zwei voneinander beabstandeten elektrisch leitenden Schichten besteht. Bei einer Betätigung des Hupenschalters geraten die beiden elektrisch leitenden Schichten in Kontakt, wodurch ein elektrischer Impuls freigesetzt wird, der die Hupenfunktion auslöst.For example, US Patent 5,499,841 discloses an electric horn switch that is arranged inside the cover of a housing for a driver's airbag and consists of two electrically conductive layers that are spaced apart from one another. When the horn switch is operated, the two electrically conductive layers come into contact, releasing an electrical impulse that triggers the horn function.
Bei den bekannten Schaltern zum Auslösen elektrischer Hupen besteht das Problem, diese mit einem vertretbaren Aufwand so auszugestalten, daß ein möglichst großer Bereich des Lenkrades zum Auslösen der Hupe zur Verfügung steht. Dies ist besonders problematisch bei Lenkrädern, die einen Fahrerairbag aufweisen. Schwierigkeiten bestehen hier bei der Ausgestaltung der Schaltfläche im Bereich der Aufreißgeometrien von Airbagkappen sowie in den Übergangsbereichen von den Lenkradspeichen zu der Airbageinheit.The problem with the known switches for triggering electric horns is how to design them with reasonable effort so that as large an area of the steering wheel as possible is available for triggering the horn. This is particularly problematic with steering wheels that have a driver airbag. Difficulties arise here with the design of the button in the area of the tear-off geometries of airbag caps and in the transition areas from the steering wheel spokes to the airbag unit.
Die Bildung einer möglichst großflächigen und lückenlosen Schaltfläche zum Auslösen einer elektrischen Hupe ist vor allem deswegen von Bedeutung, weil der Fahrer bei dem in der Regel reflexartigen Betätigen der Hupe häufig Schwierigkeiten hat, die wirksame Hupenfläche genau zu lokalisieren.The creation of a button that is as large and as seamless as possible for triggering an electric horn is particularly important because the driver often has difficulty precisely locating the effective horn area when operating the horn, which is usually a reflex reaction.
Hinsichtlich der anderen im Bereich des Lenkrades vorgesehenen Schaltelemente, die zum Betätigen weiterer elektrisch steuerbarer Funktionen eines Kraftfahrzeuges dienen, besteht vor allem das Problem, daß diese eine aufwendige Montage zusätzlicher Schaltersatelliten am Lenkrad bzw. an dessen Airbageinheit erfordern.With regard to the other switching elements provided in the area of the steering wheel, which serve to operate other electrically controllable functions of a motor vehicle, the main problem is that these require a complex installation of additional switch satellites on the steering wheel or on its airbag unit.
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Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, die Integration von Schaltflächen elektrisch steuerbarer Funktionselemente eines Kraftfahzeuges in das Lenkrad zu verbessern.The invention is therefore based on the problem of improving the integration of buttons of electrically controllable functional elements of a motor vehicle into the steering wheel.
Diese Aufgabe wird durch die Schaffung eines Lenkrades mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by providing a steering wheel with the features of patent claim 1.
Danach umfassen die zur Erzeugung einer elektrischen Spannung und damit zur Ansteuerung elektrischer Funktionselemente vorgesehenen Schaltflächen mindestens ein piezoelektrisches Element.According to this, the buttons intended to generate an electrical voltage and thus to control electrical functional elements comprise at least one piezoelectric element.
Dieses piezoelektrische Element muß nicht aus einem reinen piezoelektrischen Werkstoff, wie z.B. Blei-Zirkonat-Titanat (PZT) bestehen. Vielmehr kommen als piezoelektrische Elemente auch Verbundwerkstoffe und insbesondere Faserverbundwerkstoffe in Betracht, die beispielsweise aus einer polymeren Matrix, Verstärkungsfasern (Glas- oder Kohlenstofffasern) sowie den piezoelektrischen PZT-Fasern bestehen. Ferner kann es sich bei dem piezoelektrischen Element auch um eine Dünnschicht aus einem piezoelektrischen Material, wie z.B. PZT handeln, die mit Verfahren aus der Halbleitertechnologie auf einem Substrat, wie z.B. einem platinierten Si-Wafer abgeschieden wurde.This piezoelectric element does not have to consist of a pure piezoelectric material, such as lead zirconate titanate (PZT). Rather, composite materials and in particular fiber composite materials, which consist for example of a polymer matrix, reinforcing fibers (glass or carbon fibers) and the piezoelectric PZT fibers, can also be considered as piezoelectric elements. Furthermore, the piezoelectric element can also be a thin layer of a piezoelectric material, such as PZT, which has been deposited using processes from semiconductor technology on a substrate, such as a platinum-plated Si wafer.
Hinsichtlich der Herstellung von Verbundwerkstoffen mit integrierten piezoelektrischen Fasern sei auf den Artikel "Integration von piezoelektrischen keramischen Fasern in Verbundwerkstoffe für adaptonische Systeme - Stand und Perspektiven" in den Tagungsberichten über den Adaptronic Congress Berlin 1997, Seiten 102 bis 106 verwiesen. Die Herstellung piezoelektrischer Dünnschichten ist in dem alsRegarding the production of composite materials with integrated piezoelectric fibers, please refer to the article "Integration of piezoelectric ceramic fibers in composite materials for adaptonic systems - status and perspectives" in the conference reports on the Adaptonic Congress Berlin 1997, pages 102 to 106. The production of piezoelectric thin films is described in the
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Broschüre herausgegebenen Artikel "Ferroelektrisch^ und piezoelektrische Dünnschichten" des Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC in Würzburg beschrieben.The article "Ferroelectric^ and piezoelectric thin films" published in the brochure by the Fraunhofer Institute for Silicate Research ISC in Würzburg is described.
Das piezoelektrische Element ist vorzugsweise als ein flächiges Element ausgebildet, das sich entlang eines bestimmten Bereiches des Lenkrades erstreckt und dort eine Schaltfläche definiert. Hierbei kann im wesentlichen der gesamte zentrale Bereich des Lenkrades einschließlich insbesondere zumindest eines Teils seiner Speichen mit dem piezoelektrischen Element versehen sein. Als zentraler Bereich wird dabei derjenige Bereich des Lenkrades verstanden, von dem aus sich die Speichen zu dem Lenkradkranz erstrecken.The piezoelectric element is preferably designed as a flat element that extends along a specific area of the steering wheel and defines a button there. In this case, essentially the entire central area of the steering wheel, including in particular at least some of its spokes, can be provided with the piezoelectric element. The central area is understood to be the area of the steering wheel from which the spokes extend to the steering wheel rim.
Wird die durch ein piezoelektrisches Element gebildete Schaltfläche einer Druckspannung ausgesetzt, so wird in dem piezoelektrischen Element ein mechanischer Spannungszustand hervorgerufen, der eine elektrische Polarisation und damit eine elektrische Spannung erzeugt. Diese kann zum Schalten eines elektrisches Funktionselementes eines Kraftfahrzeuges, wie z.B. einer elektrischen Hupe verwendet werden.If the switch formed by a piezoelectric element is subjected to a compressive stress, a mechanical stress state is induced in the piezoelectric element, which generates an electrical polarization and thus an electrical voltage. This can be used to switch an electrical functional element of a motor vehicle, such as an electric horn.
Die Auswertung der erzeugten Spannungssignale erfolgt dabei in Abhängigkeit von der Größe der erzeugten Spannung (wobei ein Schwellenwert vorgesehen ist, bei dessen Erreichen der gewünschte Schaltvorgang ausgelöst wird) sowie in Abhängigkeit von der Anzahl und der zeitlichen Reihenfolge der Spannungsimpulse.The evaluation of the generated voltage signals takes place depending on the size of the generated voltage (where a threshold value is provided, upon reaching which the desired switching process is triggered) and depending on the number and temporal sequence of the voltage pulses.
Die erfindungsgemäß gestaltete Schaltfläche eignet sich insbesondere als Schaltfläche zum Auslösen einer elektrischen Hupe eines Kraftfahrzeuges. Indem ein flächiges piezoelektrisches Element in Form einer Einlage an oder inThe button designed according to the invention is particularly suitable as a button for triggering an electric horn of a motor vehicle. By placing a flat piezoelectric element in the form of an insert on or in
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der Nähe der Oberfläche des zentralen Bereiches des Lenkrades und ggf. der Lenkradspeichen angeordnet wird, kann ein großer Teil des Lenkrades lückenlos als Schaltfläche für eine Hupe ausgebildet werden. Dies ermöglicht eine sichere Auslösung der Hupfunktion, auch wenn der Fahrer reflexartig und ohne nähere Überlegung einen beliebigen Teil des zentralen Lenkradbereiches bzw. der Lenkradspeichen zur Auslösung der Hupe betätigt.is arranged close to the surface of the central area of the steering wheel and, if applicable, the steering wheel spokes, a large part of the steering wheel can be designed as a button for a horn. This enables the horn function to be triggered safely, even if the driver reflexively and without further consideration presses any part of the central area of the steering wheel or the steering wheel spokes to trigger the horn.
Ein weiterer Vorteil der Verwendung eines piezoelektrischen Elementes zur Bildung einer Schaltfläche liegt darin, daß eine solche Schaltfläche über einen großen Temperaturbereich zuverlässig funktionstüchtig ist.Another advantage of using a piezoelectric element to form a switch is that such a switch functions reliably over a wide temperature range.
Das piezoelektrische Element kann sich dabei insbesondere auch entlang der Abdeckkappe einer in das Lenkrad integrierten Airbageinheit erstrecken.The piezoelectric element can in particular also extend along the cover cap of an airbag unit integrated into the steering wheel.
Eine solche Airbagkappe weist in der Regel Scharniere und Aufreißlinien auf, damit im Crash-Fall eine Öffnung in der Airbagkappe freigegeben werden kann, durch die hindurch ein Gassack austreten und sich entfalten kann. Um das Aufreißen der Airbagkappe im Crash-Fall nicht zu behindern, ist das piezoelektrische Element im Bereich der Aufreißlinien der Airbagkappe mit einer Aussparung versehen.Such an airbag cap usually has hinges and tear lines so that in the event of a crash an opening can be opened in the airbag cap through which a gas bag can emerge and unfold. In order not to hinder the airbag cap from tearing open in the event of a crash, the piezoelectric element is provided with a recess in the area of the tear lines of the airbag cap.
Ferner kann die Scharnierwirkung der in der Airbagkappe vorgesehenen Scharniere optimiert werden, indem die piezoelektrische Einlage im Bereich der Scharniere als tragendes Element ausgebildet wird.Furthermore, the hinge effect of the hinges provided in the airbag cap can be optimized by designing the piezoelectric insert in the area of the hinges as a supporting element.
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Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung von Schaltflächen läßt sich ferner in einfacher Weise ein Schaltfeld bilden, das eine Mehrzahl unabhängig auslösbarer Schaltflächen aufweist. Hierzu ist es lediglich erforderlich, daß das piezoelektrische Element mehrere nebeneinander liegende, jeweils durch einen Spalt voneinander getrennte flächige Abschnitte aufweist, die jeweils eine Schaltfläche definieren. The design of buttons according to the invention also makes it easy to form a control panel that has a plurality of independently triggerable buttons. All that is required for this is that the piezoelectric element has several adjacent flat sections, each separated by a gap, which each define a button.
Ein solches Schaltfeld kann eine Einheit mit einer zum Auslösen einer elektrischen Hupe vorgesehenen Schaltfläche bilden, indem die hierfür erforderlichen Schaltflächen auf einem gemeinsamen Substrat angeordnet oder Bestandteile eines einheitlichen Verbundwerkstoffes sind.Such a control panel can form a unit with a button intended for triggering an electric horn, by arranging the buttons required for this purpose on a common substrate or by being components of a uniform composite material.
Somit können in einfacher Weise zusätzliche Schaltfelder in ein Lenkrad integriert werden, indem das hierfür vorgesehene, mehrere unabhängige Schaltflächen aufweisende piezoelektrische Element an einer geeigneten Stelle des Lenkrades angeordnet wird. Es ist nicht mehr erforderlich, aufwendig gestaltete Schalterbaugruppen im Bereich des Lenkrades zu montieren.This makes it easy to integrate additional control panels into a steering wheel by arranging the piezoelectric element provided for this purpose, which has several independent buttons, at a suitable location on the steering wheel. It is no longer necessary to install complex switch assemblies in the area of the steering wheel.
Daneben kann eine erfindungsgemäß ausgestaltete, ein piezoelektrisches Element umfassende Schaltfläche als Sensor verwendet werden, indem beispielsweise der Lenkrad- kranz mit einer durch ein piezoelektrisches Element gebildeten Schaltfläche versehen wird, so daß eine Berührung des Lenkradkranzes detektierbar ist.In addition, a button designed according to the invention and comprising a piezoelectric element can be used as a sensor, for example by providing the steering wheel rim with a button formed by a piezoelectric element, so that contact with the steering wheel rim can be detected.
Schließlich kann eine im Bereich des Lenkradkranzes angeordnete piezoelektrische Schaltfläche auch als Aktor dienen, der aufgrund von Stromimpulsen Vibrationen erzeugt und dadurch Informationen an den Fahrer weiterleitet. DieserFinally, a piezoelectric button located in the area of the steering wheel rim can also serve as an actuator, which generates vibrations based on electrical impulses and thereby transmits information to the driver. This
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Aktor kann beispielsweise verwendet werden, um dem Fahrer sehr wichtige Meldungen über den Zustand des Fahrzeugs zukommen zu lassen, für die eine übliche optische Meldung über Leuchtdioden oder dergl. nicht ausreichend ist, weil sie angesichts der Vielzahl von Kontrollinstrumenten, die in modernen Kraftfahrzeugen im Bereich der fahrerseitigen Instrumententafel angeordnet ist, leicht übersehen werden kann.The actuator can be used, for example, to provide the driver with very important messages about the status of the vehicle, for which a conventional optical message via LEDs or the like is not sufficient because it can easily be overlooked in view of the large number of control instruments arranged in the area of the driver's side instrument panel in modern motor vehicles.
Weitere Vorteile der Erfindung werden bei der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren deutlich werden.Further advantages of the invention will become clear from the following description of embodiments with reference to the figures.
Es zeigt:It shows:
Fig. 1 - eine Draufsicht auf eine Airbagkappe mit einer durch ein Piezoelement gebildeten Schaltfläche zum Auslösen einer Hupe;Fig. 1 - a top view of an airbag cap with a button formed by a piezo element for triggering a horn;
Fig. 2a - einen Querschnitt durch eine erste Variante der Airbagkappe gemäß Fig. 1;Fig. 2a - a cross-section through a first variant of the airbag cap according to Fig. 1;
Fig. 2b - einen Querschnitt durch eine zweite Variante der Airbagkappe gemäß Figur 1;Fig. 2b - a cross-section through a second variant of the airbag cap according to Figure 1;
Fig. 3 - eine Abwandlung der Airbagkappe aus Fig. 1, die zusätzlich Schaltfelder zum Auslösen elektrischer Funktionselemente aufweist;Fig. 3 - a modification of the airbag cap from Fig. 1, which additionally has switching fields for triggering electrical functional elements;
Fig. 4 - eine Draufsicht auf ein flächiges Piezoelement mit einer Mehrzahl von Schaltflächen;Fig. 4 - a plan view of a planar piezo element with a plurality of switching surfaces;
Fig. 5 - eine Draufsicht auf ein Lenkrad mit einer Airbagkappe gemäß Fig. 1;Fig. 5 - a plan view of a steering wheel with an airbag cap according to Fig. 1;
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Fig. 6a einen Querschnitt durch den Lenkradkranz des Lenkrades aus Fig. 5;Fig. 6a is a cross-section through the steering wheel rim of the steering wheel from Fig. 5;
Fig. 6b einen Querschnitt durch das Lenkrad gemäß Fig. 5 im Bereich der Speichen;Fig. 6b shows a cross-section through the steering wheel according to Fig. 5 in the area of the spokes;
Fig. 7 eine Draufsicht auf ein Lenkrad mit einer Airbagkappe gemäß Fig. 3.Fig. 7 is a plan view of a steering wheel with an airbag cap according to Fig. 3.
In Figur 1 ist in einer Draufsicht eine Airbagkappe 10 dargestellt, die zur Abdeckung einer in einem Lenkrad angeordneten Fahrer-Airbageinheit dient. Die Airbagkappe bildet dann den zentralen Bereich 2 eines Lenkrades, vergl. Figur 5.Figure 1 shows a top view of an airbag cap 10 which serves to cover a driver airbag unit arranged in a steering wheel. The airbag cap then forms the central area 2 of a steering wheel, see Figure 5.
Die Airbagkappe 10 weist an zwei gegenüberliegenden Längsseiten jeweils ein Scharnier 12 auf, das sich entlang der jeweiligen Längsseite erstreckt und zur Bildung einer Öffnung in der Airbagkappe 10 in einem Crash-Fall dient, durch die hindurch ein Gassack entfaltet werden kann. Um die Bildung der genannten Öffnung zu ermöglichen, weist die Airbagkappe 10 ferner Aufreißlinien 11 auf, entlang derer die Airbagkappe 10 beim Aufklappen aufgerissen wird. Die Aufreißlinien 11 verlaufen dabei derart entlang der Oberfläche der Airbagkappe 10, daß sie um den Emblembereich 5 der Airbagkappe 10 herumgeführt sind.The airbag cap 10 has a hinge 12 on each of two opposite long sides, which extends along the respective long side and serves to form an opening in the airbag cap 10 in the event of a crash, through which an airbag can be deployed. In order to enable the formation of the opening mentioned, the airbag cap 10 also has tear lines 11 along which the airbag cap 10 is torn open when it is unfolded. The tear lines 11 run along the surface of the airbag cap 10 in such a way that they are guided around the emblem area 5 of the airbag cap 10.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Airbagkappe 10 großflächig mit einem folienartigen, als Einlage ausgebildeten Piezoelement 2 0 versehen, dessen Erstreckung in Figur 1 durch eine Schraffur angedeutet ist. Dieses Piezoelement 20According to the present invention, the airbag cap 10 is provided over a large area with a film-like piezo element 20 designed as an insert, the extent of which is indicated in Figure 1 by hatching. This piezo element 20
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bildet eine großflächige Schaltfläche zum Auslösen einer elektrischen Hupe, indem auf einen beliebigen Bereich der Abdeckkappe 10 eine Kraft ausgeübt wird.forms a large-area button for triggering an electric horn by exerting a force on any area of the cover cap 10.
In der Piezo-Einlage 20 sind Aussparungen 21 vorgesehen, die sich entlang der Aufreißlinien 11 in der Abdeckkappe 10 erstrecken und sicherstellen, daß trotz der zusätzlichen Piezo-Einlage in einem Crash-Fall ohne weiteres eine Öffnung in der Abdeckkappe freigegeben werden kann, durch die hindurch der Gassack austritt.Recesses 21 are provided in the piezo insert 20, which extend along the tear lines 11 in the cover cap 10 and ensure that, despite the additional piezo insert, in the event of a crash, an opening can be easily opened in the cover cap through which the gas bag emerges.
In Figur 2a ist ein Querschnitt durch eine erste Variante der Abdeckkappe 10 gemäß Figur 1 gezeigt. Anhand Figur 2a ist erkennbar, daß die Abdeckkappe 10 an ihren gegenüberliegenden Längsseiten jeweils ein Scharnier 12 aufweist und daß zwischen den Scharnieren 12 Aufreißlinien 11 verlaufen, die durch Materialausnehmungen in der Oberfläche der Abdeckkappe 10 gebildet werden.Figure 2a shows a cross section through a first variant of the cover cap 10 according to Figure 1. Figure 2a shows that the cover cap 10 has a hinge 12 on each of its opposite long sides and that tear lines 11 run between the hinges 12, which are formed by material recesses in the surface of the cover cap 10.
Ferner wird anhand der Figur 2a deutlich, daß die Piezo-Einlage 20 in dem Material der Airbagkappe 10 eingelagert ist. Dieses Material ist hinreichend verformbar, damit der Fahrer durch Ausüben einer Kraft auf die Abdeckkappe 10 diese zusammen mit der Piezo-Einlage 2 0 soweit deformieren kann, daß zum Auslösen einer Hupe ein elektrisches Signal erzeugt wird.Furthermore, it is clear from Figure 2a that the piezo insert 20 is embedded in the material of the airbag cap 10. This material is sufficiently deformable so that the driver can, by exerting a force on the cover cap 10, deform it together with the piezo insert 20 to such an extent that an electrical signal is generated to trigger a horn.
Die beim Betätigen der durch die Piezo-Einlage 20 gebildeten Schaltfläche erzeugte Spannung wird über ein mit der Piezo-Einlage verbundenes elektrisches Kabel 16 und einen elektrischen Steckverbinder 17 zu der elektrischen Hupe weitergeleitet.The voltage generated when the button formed by the piezo insert 20 is actuated is transmitted to the electric horn via an electrical cable 16 connected to the piezo insert and an electrical connector 17.
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Die in Figur 2b dargestellte Variante der Airbagkappe aus Figur 1 unterscheidet sich von der in Figur 2a gezeigten lediglich dadurch, daß vorliegend die Piezo-Einlage 20 unmittelbar unterhalb der Airbagkappe 10 angeordnet ist. Hinsichtlich des sonstigen Aufbaus und hinsichtlich ihrer Funktion stimmen die in Figur 2a und 2b gezeigten Varianten überein.The variant of the airbag cap from Figure 1 shown in Figure 2b differs from the one shown in Figure 2a only in that the piezo insert 20 is arranged directly below the airbag cap 10. In terms of the rest of the structure and their function, the variants shown in Figures 2a and 2b are identical.
In Figur 3 ist in einer Draufsicht eine Abwandlung der Airbagkappe aus Figur 1 dargestellt. Bei der Airbagkappe 10 aus Figur 3 sind an zwei seitlichen Randbereichen jeweils Schaltfelder vorgesehen, die eine Mehrzahl von Schaltflächen 30 umfassen. Diese Schaltflächen 30 sind in gleicher Weise wie die Schaltfläche zum Auslösen der elektrischen Hupe durch ein Piezo-Element gebildet, das sich entlang der jeweiligen Schaltfläche 30 erstreckt. Mit den zusätzlichen Schaltflächen 3 0 lassen sich weitere elektrische Funktionseinheiten eines Kraftfahrzeuges, wie z.B. Scheibenwischer, Audioeinheiten, beheizbare Fensterscheiben etc. auslösen.Figure 3 shows a top view of a modification of the airbag cap from Figure 1. In the airbag cap 10 from Figure 3, control panels are provided on two side edge areas, which comprise a plurality of buttons 30. These buttons 30 are formed in the same way as the button for triggering the electric horn by a piezo element that extends along the respective button 30. The additional buttons 30 can be used to trigger other electrical functional units of a motor vehicle, such as windshield wipers, audio units, heated windows, etc.
In Figur 4 ist das als Einlage ausgebildete Piezo-Element der Airbagkappe 10 aus Figur 3 dargestellt. Diese Piezo-Einlage umfaßt ein vorzugsweise aus Stahlblech bestehendes metallisches Substrat, dessen äußere Form durch Stanzen gebildet wurde und auf das mehrere piezoelektrische Schaltflächen 20, 30 als Dünnschichten aufgebracht sind. Dabei erstreckt sich eine erste Schaltfläche 20 großflächig im zentralen Bereich des Substrates. Diese Schaltfläche dient zum Auslösen einer Hupe und ermöglicht durch ihre großflächige Ausbildung ein zuverlässiges Betätigen der Hupe auch bei ungezielten, reflexartigen Handbewegungen, mit denen ein Druck im zentralen Bereich des Lenkrades ausgeübt werden soll.Figure 4 shows the piezo element of the airbag cap 10 from Figure 3, which is designed as an insert. This piezo insert comprises a metallic substrate, preferably made of sheet steel, the outer shape of which was formed by punching and onto which several piezoelectric buttons 20, 30 are applied as thin layers. A first button 20 extends over a large area in the central area of the substrate. This button is used to trigger a horn and, thanks to its large area, enables the horn to be reliably activated even with untargeted, reflex-like hand movements intended to exert pressure in the central area of the steering wheel.
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An zwei einander gegenüberliegenden seitlichen Endbereichen des Substrates sind zudem jeweils Schaltfeider mit einer Mehrzahl durch einen Spalt voneinander getrennter, unabhängiger Schaltflächen 3 0 vorgesehen. Die Schaltflächen 3 0 können zum Auslösen weiterer elektrischer Funktionseinheiten eines Kraftfahrzeuges verwendet werden.In addition, switching fields with a plurality of independent switching buttons 3 0 separated from one another by a gap are provided on two opposite lateral end regions of the substrate. The switching buttons 3 0 can be used to trigger further electrical functional units of a motor vehicle.
Anhand Figur 4 wird insbesondere deutlich, daß sich mit der Ausbildung der Schaltflächen als Bestandteile eines piezoelektrischen Elementes- ein sehr einfacher Aufbau von Schaltern im Bereich des Lenkrades erreichen läßt. Insbesondere können sämtliche Schaltflächen in eine einheitliche, auf einem Substrat aufgebrachte Baueinheit integriert werden.Figure 4 makes it particularly clear that by designing the buttons as components of a piezoelectric element, a very simple construction of switches in the area of the steering wheel can be achieved. In particular, all buttons can be integrated into a uniform unit applied to a substrate.
Durch eine geeignete Formgebung des Substrates der Piezo-Einlage kann dieses noch zusätzliche Funktionen übernehmen. So sind an den Längsseiten der Piezo-Einlage jeweils Ankerlaschen 27 ausgebildet, die beim Einbau der Piezo-Einlage in eine Airbagkappe um etwa 90° umgelegt werden und die eine Verstärkung der Airbagkappe im Bereich ihrer Scharniere bewirken. Eine der Ankerlaschen 27 weist zudem einen Fortsatz 26 auf, der als Kontaktelement dient, über das die Piezo-Einlage mit geeigneten elektrischen Kabeln verbunden werden kann. Auch an den mit jeweils einem Schaltfeld 3 0 versehenen seitlichen Endflächen des Substrates sind Ankerlaschen 28 vorgesehen.By appropriately shaping the substrate of the piezo insert, it can take on additional functions. For example, anchor tabs 27 are formed on the long sides of the piezo insert, which are folded over by approximately 90° when the piezo insert is installed in an airbag cap and which reinforce the airbag cap in the area of its hinges. One of the anchor tabs 27 also has an extension 26, which serves as a contact element, via which the piezo insert can be connected to suitable electrical cables. Anchor tabs 28 are also provided on the lateral end surfaces of the substrate, each of which is provided with a switching field 30.
Der grundsätzliche Aufbau des in Fig. 4 gezeigten piezoelektrischen Elements, das als Dünnschicht auf einem Substrat aufgebracht ist, eignet sich für sämtliche hier beschriebene Ausführungsbeispiele der Erfindung.The basic structure of the piezoelectric element shown in Fig. 4, which is applied as a thin film on a substrate, is suitable for all embodiments of the invention described here.
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In Figur 5 ist ein Lenkrad 1 dargestellt, in dessen zentralen Bereich 2 eine Airbageinheit integriert ist, die durch eine Airbagkappe 10 abgedeckt ist. Diese Airbagkappe 10 weist den anhand der Figur 1 im einzelnen erläuterten Aufbau auf.Figure 5 shows a steering wheel 1 in whose central area 2 an airbag unit is integrated, which is covered by an airbag cap 10. This airbag cap 10 has the structure explained in detail with reference to Figure 1.
Die Airbagkappe 10 ist über Lenkradspeichen 3 mit einem Lenkradkranz 4 verbunden. Wie nachfolgend anhand der Figuren 6a und 6b näher erläutert werden wird, ist auch der Lenkradkranz 4 an seiner Oberfläche mit einer Piezo-Einlage versehen.The airbag cap 10 is connected to a steering wheel rim 4 via steering wheel spokes 3. As will be explained in more detail below using Figures 6a and 6b, the steering wheel rim 4 is also provided with a piezo insert on its surface.
Figur 6a zeigt dabei einen Querschnitt durch den Lenkradkranz 4 außerhalb des Bereiches der Speichen 3. Der Lenkradkranz 4 umfaßt ein zentrales Lenkrad-Skelett 36, an das sich nach außen das Kerntragermaterial 37 des Lenkradkranzes anschließt. Die Oberfläche des Lenkradkranzes ist durch ein Deckmaterial 38 bedeckt, das aus PU-Schaum, Leder und Dekorschale bestehen kann.Figure 6a shows a cross-section through the steering wheel rim 4 outside the area of the spokes 3. The steering wheel rim 4 comprises a central steering wheel skeleton 36, to which the core carrier material 37 of the steering wheel rim is connected on the outside. The surface of the steering wheel rim is covered by a covering material 38, which can consist of PU foam, leather and decorative shell.
Zwischen dem Kerntragermaterial 37 und dem Deckmaterial 38 ist eine Piezo-Einlage 35 angeordnet, die sich im Querschnitt entlang etwa zwei Dritteln des Umfangs des Lenkrad-Kranzes 4 erstreckt. Mittels dieser durch ein flächiges Element gebildeten Piezo-Einlage 35 kann erfaßt werden, ob und gegebenenfalls an welcher Stelle die Hände eines Fahrers das Lenkrad umgreifen. Die Piezo-Einlage 35 dient somit als Sensor.Between the core carrier material 37 and the cover material 38 there is a piezo insert 35 which extends in cross section along approximately two thirds of the circumference of the steering wheel rim 4. Using this piezo insert 35, which is formed by a flat element, it can be detected whether and, if so, at which point the driver's hands are gripping the steering wheel. The piezo insert 35 thus serves as a sensor.
Figur 6b zeigt einen Querschnitt durch den Lenkradkranz 4 im Bereich der Speichen 3. Auch dort weist der Lenkradkranz 4 den oben beschriebenen Aufbau aus einem Lenkrad-Ske-Figure 6b shows a cross section through the steering wheel rim 4 in the area of the spokes 3. There too, the steering wheel rim 4 has the structure described above consisting of a steering wheel skeleton.
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lett 36, dem Kernträgermaterial 3 7 und dem Deckmaterial 3 8 auf, wobei zwischen dem Kernträgermaterial 3 7 und dem Deckmaterial 38 die Piezo-Einlage 35 angeordnet ist.lett 36, the core carrier material 3 7 and the cover material 3 8, with the piezo insert 35 being arranged between the core carrier material 3 7 and the cover material 38.
Zum Inneren des Lenkrades hin schließt sich an die Speichen 3 der zentrale Lenkradbereich 2 an, der durch eine Airbagkappe 10 gebildet wird und der mit einer Piezo-Einlage 20 versehen ist.Towards the inside of the steering wheel, the central steering wheel area 2 adjoins the spokes 3, which is formed by an airbag cap 10 and is provided with a piezo insert 20.
Anhand Figur 6b wird insbesondere deutlich, daß sich die Piezo-Einlage 20, die zum Auslösen einer elektrischen Hupe dient, im Bereich der Speichen 3 des Lenkrades bis an den Lenkradkranz 4 heran erstreckt. Hierdurch wird eine besonders großflächige, einheitliche Schaltfläche zum Auslösen einer Hupe geschaffen.Figure 6b makes it particularly clear that the piezo insert 20, which serves to trigger an electric horn, extends in the area of the spokes 3 of the steering wheel up to the steering wheel rim 4. This creates a particularly large, uniform button for triggering a horn.
Alternativ oder ergänzend kann das im Bereich des Lenkradkranzes angeordnete piezoelektrische Element auch als Aktor dienen, der bei Zufuhr von Stromimpulsen Vibrationen erzeugt und dadurch Informationen an den Fahrer weiterleitet. Hierfür muß die Einlage 35 mit einer entsprechenden Spannungsquelle und einer Steuereinheit gekoppelt sein.Alternatively or additionally, the piezoelectric element arranged in the area of the steering wheel rim can also serve as an actuator that generates vibrations when current pulses are supplied and thus transmits information to the driver. For this purpose, the insert 35 must be coupled to a corresponding voltage source and a control unit.
In Figur 7 ist schließlich ein Lenkrad 1 dargestellt, das eine Airbagkappe gemäß Figur 3 aufweist. Da sich dieses Lenkrad von dem soeben beschriebenen Lenkrad gemäß Figur 5 lediglich in der Ausbildung der Airbagkappe 10 unterscheidet, sei diesbezüglich auf die Ausführungen zu Figur 3 verwiesen.Finally, Figure 7 shows a steering wheel 1 which has an airbag cap according to Figure 3. Since this steering wheel differs from the steering wheel just described according to Figure 5 only in the design of the airbag cap 10, reference is made to the explanations for Figure 3 in this regard.
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