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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Lenkrad und insbesondere
auf ein Lenkrad für
ein Kraftfahrzeug wie etwa für
einen Kraftwagen.
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In
vielen Ländern
wird das Lenkrad eines Fahrzeugs, das im Freien geparkt ist, zumindest während der
Sommermonate im Jahr äußerst heiß. Ein heißes Lenkrad
ist schwer zu halten, so dass es gefährlich ist zu fahren, während das
Lenkrad heiß ist.
Ein entsprechendes Problem ist in kalten Klimata zu finden, wo es
gleichfalls gefährlich
ist, ein Kraftfahrzeug mit einem sehr kalten Lenkrad zu fahren.
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Es
kann recht lange dauern, die Temperatur des Lenkrads unter Verwendung
des normalerweise in einem Kraftfahrzeug vorgesehenen Heizungs- oder
Klimaanlagensystems wesentlich zu ändern. Es ist vorgeschlagen
worden, ein Lenkrad mit elektrischen Heizdrähten zu versehen, die zum Heizen
eines kalten Lenkrads verwendet werden können, die jedoch nicht zufriedenstellend
zum Abkühlen
eines heißen
Lenkrads verwendet werden können.
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Die
vorliegende Erfindung soll ein verbessertes Lenkrad schaffen.
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Gemäß dieser
Erfindung wird ein Lenkrad geschaffen, wobei das Lenkrad eine zentrale
Nabe umfasst, die durch wenigstens eine Speiche mit einem Kranz
verbunden ist, wobei die Nabe ein Wärmetauscherelement enthält, wobei
das Wärmetauscherelement
so ausgelegt ist, dass es abgekühlt werden
kann, wobei es mindestens ein Wärmeübertragungsrohr
gibt, das als Teil einer Speiche von dem Wärmetauscher zu dem Kranz des
Lenkrads verläuft, siehe
z. B.
US-A-5850741 .
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass es zwei weitere Wärmeübertragungsrohre
gibt, die in dem Kranz jeweils in Wärmekontakt mit dem in der Speiche
vorhandenen Wärmeübertragungsrohr
vorhanden sind, wobei jedes der Wärmeübertragungsrohre in dem Kranz
im Wesentlichen halb um den Kranz verläuft und wobei der Wärmetauscher
mit einer Aussparung versehen ist, um eine Heizeinrichtung aufzunehmen.
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Vorzugsweise
gibt es mehrere Speichen, die Wärmeübertragungsrohre
enthalten.
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Zweckmäßig besitzt
das Lenkrad mehrere Speichen, die jeweils zwei im Wesentlichen parallele Wärmeübertragungsrohre
umfassen.
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Vorzugsweise
ist das oder jedes Wärmeübertragungsrohr
in einer Speiche mittels eines aus einem Werkstoff mit hoher Wärmeleitfähigkeit
gebildeten Wärmekontaktblocks
mit wenigstens einem Wärmeübertragungsrohr
in dem Kranz verbunden.
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Zweckmäßig ist
ein Abschnitt des Kranzes des Lenkrads mit wenigstens einem Abschnitt
für das Einsetzen
einer Heizeinrichtung versehen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist wenigstens ein Wärmekontaktblock
mit einer Aussparung zur Aufnahme einer Heizeinrichtung vorgesehen.
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Die
Heizeinrichtung kann eine elektrische Heizeinrichtung oder ein Teil
einer Wärmepumpenanordnung
sein.
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Vorzugsweise
ist der Wärmetauscher
mit mehreren Rippen zur Wärmeableitung
versehen.
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Zweckmäßig ist
das Lenkrad mit wenigstens einem Peltier-Effekt-Element zur Hilfe
bei der Abkühlung
des Lenkrads versehen.
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Vorteilhaft
ist der Wärmetauscher
mit mehreren Peltier-Effekten-Elementen versehen.
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In
einer Ausführungsform
ist mindestens ein Wärmeübertragungsrohr,
das einen Teil einer Speiche bildet, mit einem Peltier-Effekt-Element
versehen.
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Damit
die Erfindung leichter verstanden werden kann und damit weitere
Merkmale davon gewürdigt
werden können,
wird die Erfindung nun beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnung
beschrieben, in der:
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1 eine
Vorderansicht eines Lenkrads in Übereinstimmung
mit der Erfindung ist,
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2 eine
Rückansicht
des Lenkrads aus 1 ist,
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3 eine
Ansicht einiger Komponenten des Lenkrads aus 1 ist, wobei
weitere Komponenten der Erläuterung
halber weggelassen sind,
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4 eine
schematische vergrößerte Ansicht
eines Teils eines Lenkrads in Übereinstimmung mit
der Erfindung ist, wobei wieder Teile der Klarheit der Veranschaulichung
halber weggelassen sind.
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5 eine
perspektivische Ansicht eines Teils eines Lenkrads einer weiteren
Anordnung ist, die eine Aussparung zur Aufnahme einer Heizeinrichtung
veranschaulicht,
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6 eine 5 entsprechende
Ansicht ist, die eine Heizeinrichtung veranschaulicht, die an der richtigen
Stelle eingefügt
ist,
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7 eine
schematische perspektivische Ansicht eines Wärmetauscherelements ist, das
Peltier-Effekt-Elemente enthält,
und
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8 eine
schematische Ansicht einer weiteren Form eines Lenkrads ist, das
Peltier-Effekt-Elemente enthält.
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Es
sollte gewürdigt
werden, dass in der vorliegenden Erfindung "Wärmeübertragungsrohre" verwendet werden.
Wärmeübertragungsrohre
sind zuvor vorgeschlagen worden und sind langgestreckte Rohre, die
verwendet werden können,
um die schnelle Wärmeübertragung
zu erleichtern. Ein typisches Wärmeübertragungsrohr
umfasst ein langgestrecktes Rohr, das aus einem Metall wie etwa
Aluminium oder Kupfer gebildet ist. Das Innere des Rohrs enthält einen
langgestreckten Docht, der von einem Ende des Rohrs zu dem anderen
verläuft.
Der Docht kann an der Innenwand des Rohrs angebracht sein. Das Rohr
enthält
eine Menge eines flüchtigen
Fluids wie etwa Wasser, Aceton, Ethanol oder Methanol. Das Rohr
wird bei einem Innendruck gehalten, der wesentlich unter dem Luftdruck
liegt. Falls ein Endbereich des Rohrs erwärmt wird, verdampft in diesem Gebiet
die Flüssigkeit
in dem Rohr und bewegt sich daraufhin in der gasförmigen Phase
zu dem anderen Ende des Rohrs. Während
der Dampf abgekühlt
wird, kondensiert der Dampf. Der Dampf wandelt sich wieder in Flüssigkeit
um und die Flüssigkeit
wird durch die Schwerkraft und/oder durch eine mit dem Docht verbundene
Dochtwirkung zu dem geheizten Ende des Rohrs zurücktransportiert. Es sollte
gewürdigt werden,
dass an dem geheizten Ende des Rohrs wegen der Verdunstungskälte Wärme absorbiert
wird, und dass wegen der Wiedergewinnung der Verdampfungswärme, während der
Dampf kondensiert, an dem Punkt in dem Wärmeübertragungsrohr, an dem der
Dampf kondensiert, Wärme
abgegeben wird. Die Wärme
kann sehr schnell mit sehr wenig Wärmeverlust während des
Transports von einem Ende eines Wärmeübertragungsrohrs zu dem anderen
transportiert werden. Wärmeübertragungsrohre
dieses Typs sind zuvor vorgeschlagen worden und sind dem Fachmann
auf dem Gebiet bekannt.
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1 veranschaulicht
ein Lenkrad 1 in Übereinstimmung
mit der Erfindung. Das Lenkrad enthält eine Nabe 2, die
durch drei allgemein radial verlaufende Speichen 3, 4, 5 mit
einem Kranz 6 verbunden ist. Die Speichen sind mit dem
Kranz jeweils durch jeweilige Verbinder 7, 8, 9 verbunden.
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Wie
aus 2 zu sehen ist, ist die Unterseite der Nabe 2 mit
einem Wärmetauscherblock 10 versehen,
der aus einem geeigneten Metallgussteil gebildet ist, wobei der
Wärmetauscherblock
mehrere Wärmeableitungsrippen
aufweist. Zusätzlich
umfasst der Wärmetauscherblock 10 einen
Hohlraum 11, der für die
Aufnahme eines Kabelbaums oder einer elektrisch betriebenen Heizeinrichtung
ausgelegt ist. 2 zeigt in Strichlinien eine
elektrische Heizeinrichtung H, die so konfiguriert ist, dass sie
in die Aussparung 11 eingeführt werden kann. Außerdem definiert
der Wärmetauscher
Bohrungen 12 zur Aufnahme der Endteile der Wärmeübertragungsrohre.
Der Wärmetauscherblock
kann an einem Teil der Nabe befestigt sein oder kann einteilig mit
der Nabe gebildet sein.
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Alternativ
kann der Hohlraum 11 einen Teil einer Wärmepumpenanordnung aufnehmen,
die Wärmeenergie
in den Wärmetauscherblock 10 hinein oder
aus ihm abpumpen kann.
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Nunmehr
unter Bezug auf 3 ist die Speiche 3 durch
zwei parallele Wärmeübertragungsrohre 13, 14 gebildet
und ist die Speiche 4 durch zwei parallele Wärmeübertragungsrohre 15, 16 gebildet.
Die radial innersten Enden der Wärmeübertragungsrohre sind
verkröpft,
damit sie in den Bohrungen 12 aufgenommen werden und dadurch
mit dem Wärmetauscherblock 10 in
Wärmekontakt
sind. Die Speiche 5 ist einfach durch einen "U"-förmigen
Draht 17 gebildet.
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Der
Kern des Kranzes 6 des Lenkrads 1 ist durch zwei
Wärmeübertragungsrohre
gebildet, von denen jedes halb um den Kranz verläuft, so dass ein erstes Wärmeübertragungsrohr 18 von
dem radial äußeren Ende
der Speiche 3 zu dem radial äußeren Ende der Speiche 4 verläuft und
ein zweites Wärmeübertragungsrohr 19 von
dem radial äußeren Ende der
Speiche 3 über
das Ende der Speiche 5 hinaus zu dem radial äußeren Ende
der Speiche 4 verläuft. Die
Kombination der zwei Wärmeübertragungsrohre 18, 19 verläuft um den
gesamten Kranz 6 des Lenkrads.
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Das
Wärmeübertragungsrohr 18 ist
mit gegenüberliegenden
Enden 20, 21 versehen, die einen verhältnismäßig engen
Durchmesser haben. Außerdem
ist das Wärmeübertragungsrohr 19 mit
gegenüberliegenden
Enden 22, 23 mit verhältnismäßig engem Durchmesser versehen
und ist das Wärmeübertragungsrohr 19 mit
einem zentralen "taillierten" Gebiet 24 mit
verhältnismäßig engem
Durchmesser versehen. Das Wärmeübertragungsrohr 19 kann
an diesem Punkt in zwei getrennte Wärmeübertragungsrohre geteilt sein,
wobei das zentrale "taillierte" Gebiet eine Verbindung
zwischen den zwei Hälften
des Wärmeübertragungsrohrs 19 verhindert.
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Wie
in 4 zu sehen ist, enthält der Verbinder 7 ein
Metallgussteil 25, das aus Aluminium oder Kupfer gebildet
ist und die Enden des Wärmeübertragungsrohrs 13, 14 aufnimmt
und außerdem
die Enden 20, 22 mit engem Durchmesser der Wärmeübertragungsrohre 18, 19 aufnimmt.
Ein ähnliches
Gussteil, das ein Spiegelbild zu dem Gussteil 25 ist, ist
zusammen mit dem Gussteil 25 geschichtet, um den Verbinder 7 zu
bilden und somit sicherzustellen, dass die beschriebenen Komponenten
fest zusammengehalten werden und alle in ausgezeichnetem Wärmekontakt
miteinander sind.
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Es
sollte gewürdigt
werden, dass die elektrische Heizeinrichtung H in der Aussparung 11 betätigt werden
kann, so dass der Wärmetauscherblock 10 geheizt
wird, falls der Kranz des Lenkrads kalt ist. Die Wärme wird
durch das leitende Metall, das den Wärmetauscher bildet, schnell
zu den Bohrungen 12 und somit zu den durchgebogenen Enden
der Wärmeübertragungsrohre 13, 14, 15, 16 übertragen.
Durch diese Wärmeübertragungsrohre
wird die Wärme schnell
zu den Gussteilen 25 übertragen,
wo die Wärme
zu den Enden der Wärmeübertragungsrohre 18 und 19 übertragen
wird. Somit wird die Wärme schnell
um den gesamten Kranz des Lenkrads übertragen.
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Falls
der Kranz des Lenkrads heiß ist,
kann Kühlluft
an den Rippen des Wärmetauscherblocks 10 vorbei
geblasen werden, so dass der Wärmetauscherblock
abgekühlt
wird. Somit werden die Enden der in den Bohrungen 12 aufgenommenen
Wärmeübertragungsrohre 13, 14, 15, 16 abgekühlt. Die Temperatur
dieser Enden der Wärmeübertragungsrohre 13, 14, 15, 16 wird
kühl. Die
in dem Kranz des Lenkrads gespeicherte Wärmeenergie erwärmt die Rohre 18 und 19,
die die radial äußeren Enden
der Rohre 13, 14, 15, 16 erwärmen. Somit
wird die Wärmeenergie
auf den Wärmetauschblock 10 übertragen,
so dass die Temperatur des Radkranzes sinkt.
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Somit
sollte gewürdigt
werden, dass dann, wenn das beschriebene Lenkrad in einem Kraftfahrzeug
verwendet werden soll, eine Heizeinrichtung wie etwa eine elektrische
Heizeinrichtung so vorgesehen ist, dass sie in der Kammer 11 aufgenommen ist,
und dass außerdem
geeignete Luftkanäle
vorgesehen sind, um Kühlluft
wie etwa Luft von dem Klimaanlagensystem des Fahrzeugs auf den Wärmetauscher 10 zu
blasen.
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Während die
beschriebene Ausführungsform der
Erfindung ein Lenkrad ist, bei dem ein in der Nabe vorgesehener
Wärmetauscherblock
so konstruiert ist, dass er sowohl erwärmt als auch abgekühlt werden
kann, kann der Wärmetauscherblock
in einer alternativen Anordnung, die nun anhand der 5 und 6 beschrieben
wird, so konfiguriert sein, dass er einfach abgekühlt wird,
wobei dann, wenn der Kranz des Lenkrads geheizt werden soll, getrennte
Heizelemente genutzt werden können,
die mit einem Abschnitt des Kranzes des Lenkrads in Eingriff sind.
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Nunmehr
anfangs anhand von 5 ist ein Teil des Lenkrads
veranschaulicht. Das veranschaulichte Lenkrad besitzt eine Nabe 30,
die einen Wärmetauscherblock 10 des
oben beschriebenen Typs enthält,
der so konfiguriert ist, dass er eine Abkühlungswirkung schafft. Das
Lenkrad enthält
zwei Speichen 31, von denen nur eine gezeigt ist, wobei
jede Speiche durch zwei Wärmeübertragungsrohre 32, 33 gebildet
ist. Die Wärmeübertragungsrohre 32, 33 verlaufen
von dem Wärmetauscher
in der Nabe 30 zu einem Verbinder 34. Der Verbinder 34 dient
dazu, die Speiche 31 mit dem Kranz 35 zu verbinden.
In dem Kranz 35 sind zwei Wärmeübertragungsrohre enthalten,
wobei jedes im Wesentlichen halb um den Kranz verläuft. Jedes
Wärmeübertragungsrohr
ist mit wenigstens einem der Verbinder 34 in Kontakt. Jeder Verbinder 34 besitzt
zwei wärmeleitende
Gussteile, die äquivalent
dem oben anhand von 4 beschriebenen Gussteil 25 sind.
Allerdings definiert das oberste Gussteil, wie aus 5 zu
sehen ist, eine zusätzliche
zylindrische Aussparung 36, die vom Äußeren des Verbinders aus zugänglich ist.
Wie in 6 zu sehen ist, ist die zylindrische Aussparung 36 so
dimensioniert, dass sie eine elektrische Heizeinrichtung 37 mit
zylindrischer Form aufnehmen kann. Die Heizeinrichtung 37,
der ein Draht 38 zugeordnet ist, wird einfach in die in
dem Verbinder 34 vorgesehene zylindrische Aussparung 36 eingeführt. Wenn
es erwünscht
ist, den Kranz des Lenkrads zu heizen, wird der Heizeinrichtung 37 über den
Draht 38 Elektroenergie zugeführt. Die Wärme wird direkt an das wärmeleitende
Gussteil übertragen,
das die Aussparung 36 definiert und einen Teil des Verbinders 34 bildet. Somit
wird Wärme
direkt an die Wärmeübertragungsrohre
in dem Kranz 35 angelegt, die mit dem Verbinder 34 in
Kontakt sind, so dass eine Heizung des Lenkradkranzes bewirkt wird.
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Somit
sollte gewürdigt
werden, dass das an der Nabe 30 des Lenkrads vorgesehene
Wärmetauscherelement
in der Anordnung der 5 und 6 jedwede
gewünschte
Abkühlungswirkung
schafft, während
Heizelemente, die in den Aussparungen aufgenommen sind, die an den
Verbindern vorgesehen sind, die die Speichen mit dem Kranz verbinden, jedwede
gewünschte
Heizungswirkung schaffen.
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In
den oben beschriebenen Anordnungen wird die Abkühlung des Wärmetauscherelements durch die
Wärmeableitrippen
bewirkt, die einen Hauptteil der Außenfläche des Wärmetauscherblocks bilden.
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Es
ist festgestellt worden, dass die Wärmeableitfähigkeit des Wärmetauscherblocks
verbessert werden kann, falls der Wärmetauscherblock zusätzlich mit
einer oder mit mehreren Peltier-Effekt-Vorrichtungen versehen ist.
Peltier-Effekt-Vorrichtungen sind bekannte Vorrichtungen, die den
Effekt zeigen, dass die Temperatur einer Fläche der Peltier-Effekt-Vorrichtung
ansteigt, während die
Temperatur der anderen Fläche
fällt,
wenn an die Vorrichtung ein elektrisches Potential angelegt wird.
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7 veranschaulicht
ein Wärmetauscherelement 40,
das anstelle des oben veranschaulichten Wärmetauscherelements 11 verwendet
werden kann. Das Wärmetauscherelement 40 ist
mit mehreren scheibenartig voneinander beabstandeten Wärmeabstrahlrippen 41 versehen.
Das Wärmetauscherelement 40 ist
mit Bohrungen 42 versehen, um die Enden von Wärmeübertragungsrohren,
wie etwa der Wärmeübertragungsrohre
in den Speichen eines Lenkrads des oben beschriebenen Typs, aufzunehmen.
An das Ende jeder Bohrung 42 grenzen mehrere Peltier-Effekt-Vorrichtungen 43 an.
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Im
Betrieb der Peltier-Vorrichtungen wird die freiliegende Fläche jeder
Vorrichtung, d. h. die von dem Wärmetauscherblock 40 weg
gerichtete Fläche der
Vorrichtung, erwärmt,
während
die Fläche
der Peltier-Effekt-Vorrichtung in Wärmekontakt mit dem Wärmetauscherblock 40 abgekühlt wird.
Die erwärmten
Außenflächen der
Peltier-Vorrichtungen können mit
einer verhältnismäßig hohen
Rate Wärme
ableiten, so dass die Gesamtabkühlungswirkung
verbessert wird.
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Während 7 Peltier-Vorrichtungen
veranschaulicht, die an dem Wärmetauscherelement 40 vorgesehen
sind, sind in einer schematisch in 8 gezeigten
geänderten
Ausführungsform
der Erfindung an einem anderen Ort Peltier-Effekt-Vorrichtungen
vorgesehen.
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Unter
Bezug auf 8 besitzt ein Lenkrad eine Nabe 50,
die mit einem Wärmetauscherelement versehen
ist, wobei dem Wärmetauscherelement Speichen 51 zugeordnet
sind, die aus Wärmeübertragungsrohren
gebildet sind, wobei die Wärmeübertragungsrohre
der Speichen mit zwei in dem Kranz 52 des Lenkrads enthaltenen
im Wesentlichen halbkreisförmigen
Wärmeübertragungsrohren
in Wärmekontakt
sind. Wie in 8 gezeigt ist, sind die Wärmeübertragungsrohre 51,
die die Speichen der Vorrichtung bilden, jeweils mit mehreren Peltier-Effekt-Vorrichtungen 53 versehen.
Wenn der Kranz des Lenkrads abgekühlt werden soll, werden die
Peltier-Effekt-Vorrichtungen in der Weise betätigt, dass die verhältnismäßig kalten
Flächen
der Peltier-Effekt-Vorrichtungen
die Flächen
sind, die mit den Wärmeübertragungsrohren 51,
die die Speichen eines Lenkrads bilden, in Kontakt sind. Auf diese
Weise kann Wärme
schnell von dem Lenkrad abgeleitet werden, um die gewünschte Abkühlungswirkung
zu schaffen.
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In
der vorliegenden Patentschrift bedeutet "umfassen" "enthalten
oder bestehen aus" und
bedeutet "umfassend" "enthaltend oder bestehend aus".