WO2016166090A1 - Lenkradbaugruppe - Google Patents

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WO2016166090A1
WO2016166090A1 PCT/EP2016/057991 EP2016057991W WO2016166090A1 WO 2016166090 A1 WO2016166090 A1 WO 2016166090A1 EP 2016057991 W EP2016057991 W EP 2016057991W WO 2016166090 A1 WO2016166090 A1 WO 2016166090A1
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WO
WIPO (PCT)
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steering wheel
electrical
wheel assembly
assembly according
conductive material
Prior art date
Application number
PCT/EP2016/057991
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jens Binder
Udo Gaumann
Original Assignee
Takata AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Takata AG filed Critical Takata AG
Priority to US15/566,681 priority Critical patent/US10814898B2/en
Publication of WO2016166090A1 publication Critical patent/WO2016166090A1/de

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D1/00—Steering controls, i.e. means for initiating a change of direction of the vehicle
    • B62D1/02—Steering controls, i.e. means for initiating a change of direction of the vehicle vehicle-mounted
    • B62D1/04—Hand wheels
    • B62D1/06—Rims, e.g. with heating means; Rim covers
    • B62D1/065—Steering wheels with heating and ventilating means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D1/00—Steering controls, i.e. means for initiating a change of direction of the vehicle
    • B62D1/02—Steering controls, i.e. means for initiating a change of direction of the vehicle vehicle-mounted
    • B62D1/04—Hand wheels
    • B62D1/046—Adaptations on rotatable parts of the steering wheel for accommodation of switches

Definitions

  • the invention relates to a steering wheel assembly for a motor vehicle steering wheel according to the preamble of claim 1.
  • Such a steering wheel assembly comprises a grip area for gripping and actuating the steering wheel and at least one arranged on the grip area electrical
  • the grip region can be, for example, a steering wheel rim which is connected via spokes to the hub of a rotatably mounted steering wheel.
  • An electrical element arranged on the grip region can on the one hand be embodied as an electrical heating element which generates heat when energized and can thereby serve to heat the grip region.
  • a detector device may be connected to at least one electrical element to detect, by measuring a physical quantity, such as a capacitance or a current flowing through the electrical element, a touch of the grip area by the hand of a vehicle operator (representing said physical state variable influenced) to be detected.
  • a capacitive detection system which can be arranged on a motor vehicle steering wheel and which uses an electrical heating element, for example in the form of a heating wire arranged on the steering wheel rim, as an antenna electrode.
  • an electrical heating element for example in the form of a heating wire arranged on the steering wheel rim, as an antenna electrode.
  • the heating element is heated to heat the steering wheel rim.
  • the heating element is connected to a (capacitive) detector, by means of which the heating element can be acted upon by an alternating current and generates an output signal indicative of the capacity of the heating element based on that alternating current, for which the detector has a current measuring arrangement.
  • touches of the steering wheel rim can be detected by the hands of a driver.
  • the heating element can be arranged in a simple manner below the leather material; for example, by arranging a heating mat, in which heating wires are woven, between the leather material and the steering wheel body (or, more precisely, the body of the steering wheel rim) encompassed by the leather material.
  • this procedure is not readily applicable to steering wheels, in which the steering wheel body, which is regularly designed as a foamed body, to form a design surface (waiving leather, wood or the like) is provided directly with a paint layer.
  • the invention is based on the problem to provide a steering wheel assembly of the type mentioned at the handle area, the integration of a heater and / or means for detecting a touch of the grip area, also in view of different configurations of the outer design surface of the handle area, in a simple manner is possible.
  • the at least one electrical element is formed by an electrical layer containing an electrically non-conductive material and electrically conductive nanowire received therein.
  • a metallic or semiconductive wire with a cross-sectional dimension of at most 100 nanometers is formed under nanowire Understood.
  • the nanowire can be, in particular, silver nanowire (silver nanowire).
  • Such wires can be integrated into extremely thin layers, such as lacquer layers, without the nanowire becoming visible as a separate component, so that the design function of a corresponding layer, such as the lacquer layer, is not impaired.
  • the electrical layer formed from the electrically non-conductive material, such as a paint, and from nanowire can thus be used in particular as an outer coating of the handle portion of a steering wheel. You can this example be applied directly to a foamed steering wheel body, but alternatively also on a leather cover or a wood trim or other decorative means which are arranged on the steering wheel body.
  • the electrical layer can be embodied as a (for light) transparent coating, in particular based on a transparent coating agent.
  • the electrical layer can serve as a heating layer by being connected to a current or voltage source, via which the nanowire can be acted upon by (direct or alternating) current.
  • the nanowire is heated to heat the grip area.
  • the electrical layer may be used to detect touches of the handle portion of the steering wheel assembly. This can be done by connecting to the electrical layer an evaluation unit with which the change of a physical quantity as a result of a contact of the corresponding electrical
  • Layer is detectable.
  • the evaluation unit about the electrical capacitance between two (separated from each other) electrical elements of the electrical layer can be detected, which influences upon contact of the layer is and thus is suitable as a physical parameter for the detection of touches of the grip area.
  • the at least one electrical element of the electrical layer may in the present case be formed in that in the non-conductive material of the layer a limited portion contains a plurality of nanowires which are in electrical contact with each other (by touching each other).
  • the nanowires form an electrical network in the delimited subregion, which in turn defines an electrically conductive element as a whole.
  • a plurality of electrical elements can be formed in the non-conductive material, which are each separated by regions of non-conductive material from each other and thereby electrically isolated from each other.
  • At least one electrical element extends along the direction of extension of the handlebar region of the steering wheel.
  • a plurality of electrical elements run side by side along its extension direction, which are each electrically insulated from each other by the electrical elements are spaced apart from each other transversely to the direction of extension and between each non-conductive material is arranged.
  • Such in the extension direction of the handle portion extending electrical elements are suitable for heating the grip area by being connected to a power source and act when energized as a resistance heater.
  • At least one electrical element may also extend transversely (ie obliquely or perpendicularly) to its direction of extension at the grip region.
  • electrical elements can be provided that a plurality of such electrical elements spaced from each other is formed on the handle portion and are insulated from each other by interposed areas of non-conductive material.
  • electrical elements By means of a plurality of transverse to the extension direction of the handle portion extending and thereby spaced along the extension direction spaced apart electrical elements can be spatially resolved touches of the steering wheel rim by the individual transverse to the extension direction electrical elements are each connected to an evaluation, which can be determined by which the electrical element capacitance changes (by approaching a hand) occur.
  • the electrical layer arranged on the surface of the grip area can have a grid of first and second electrical elements, wherein the first electrical elements run, for example, along the extension direction of the grip area and the second electrical elements, for example transversely thereto.
  • the first and second electrical elements may each be electrically isolated from each other by having portions of the non-conductive material therebetween. This can be achieved, for example, by first applying the first electrical elements to the grip area, then covering them with non-conductive material and then applying the second electrical elements to the surface of the grip area. These are in turn advantageously covered with another layer of non-conductive material to prevent the hands of a driver from coming into contact with the electrical elements.
  • Figure 1 shows a section of a handle portion of a motor vehicle steering wheel, especially in
  • Shape of a steering wheel rim a schematic plan view of the detail of Figure 1 together with an associated evaluation unit; a cross section through the handle portion of Figure 1; a cross section through an applied on the handle portion electrical layer; a schematic representation of an electrically conductive element of the electrical layer of Figure 4, formed by a network of nanowires;
  • Figure 6 is a plan view of a motor vehicle steering wheel.
  • Figure 6 shows a known structure of a motor vehicle steering wheel L with a steering wheel rim K of the spokes S with a hub N is connected.
  • the steering wheel rim K extends in a ring along an (arcuately curved) extension direction E and forms a grip area, where a driver can take the steering wheel L to control an associated motor vehicle.
  • the electrical layer 2 can be applied on the one hand directly to a main body of the steering wheel or more precisely of the handle portion 1, so in a foamed steering wheel approximately directly on the foamed handle portion 1 to advantageously form the outermost layer of the handle portion 1.
  • the electrical layer 2 contains a non-conductive material 5, in particular in the form of a lacquer, in which electrical elements 3, 4 run, see also the cross-sectional view of the electrical layer 2 in FIG. 4.
  • a plurality of electrical elements 3 extend along the extension direction E of the grip region 1 or of the steering wheel rim K (see FIG. 6) and are spaced apart from one another transversely to the extension direction E. Since in each case the non-conductive material 5 of the electrical layer 2 is located between the individual electrical elements 3, the elongate electrical elements 3 are electrically insulated from one another.
  • first electrically conductive elements 3 extend in the electrical layer 2 on the surface of the handle portion 1 second electrically conductive elements 4.
  • These include the handle portion 1, or specifically steering wheel rim K, respectively transverse to the direction of extension E.
  • the second electrical elements 4 can thereby forming closed or open rings.
  • the second electrical elements 4 are in each case spaced apart along the extension direction E of the grip region 1 and (advantageously equally spaced) distributed over the grip region.
  • the entire grip region 1 or especially steering wheel rim K can be provided with second electrical elements 4 arranged along its (arcuately curved) extension direction E one behind the other and spaced from each other.
  • the first and second electrical elements 3, 4 form according to Figure 1 as a result, a cross grid on the surface of the handle portion. 1
  • each non-conductive material 5 of the electrical layer 2 is also the second electrical elements 4 are each electrically isolated from each other.
  • the first and second electrical elements 3, 4 are also electrically insulated from each other. This is achieved in the exemplary embodiment in that at the intersection points of a respective first electrical element 3 with a respective second electrical element 4, these run at different heights within the electrical layer 2. Specifically, the first and second electrical elements 3, 4 (in particular at the points of intersection) are each separated from one another by regions of the non-conductive material 5. The latter can be achieved according to FIG. 4, for example, by first applying the first electrical elements 3 extending along the extension direction E of the grip region 1 to the surface of the grip region 1. Subsequently, these are covered with a first sub-layer 51 of the electrically non-conductive material 5, for example in the form of a paint.
  • the second electrical elements 4 extending transversely to the direction of extension E are then applied. These can then be covered in turn by a second sub-layer 52 of the electrically non-conductive material 5. As a result, the first and second electrical elements 3, 4 are separated from each other by regions (51) of the non-conductive material 5 and thereby electrically isolated from each other.
  • the width of the electrical elements 3, 4 (transverse to their respective longitudinal extent) can be, for example, 1 mm to 10 mm.
  • the length of the electrical elements may be, for example, half the circumference of the steering wheel (approximately 600 mm). (To cover the entire grip area 1 / steering wheel rim K along the extension direction E, two such electrical elements 3 along that direction E can then be arranged one behind the other.)
  • Extending direction E comprise, have a maximum length, which depends on the cross section of the handle portion 1 and may for example be 90 mmm.
  • the first and / or the second electrical elements 3, 4 are connected to a power source.
  • Handle area 1 of the steering wheel are heated on its surface in the manner of resistance heating.
  • the detection of touches of the grip area 1 by the hand of a driver can in the present case be effected in particular by a capacitive method, for example a projected capacitive method.
  • capacitive method for example a projected capacitive method.
  • capacitance changes between the first electrical elements 3 and the second electrical elements 4 are detected when a hand is applied.
  • the second electrical elements 4 (in each case via associated connecting lines 45) can be connected to an evaluation unit 7 for this purpose. Since those second electrical elements 4 along the direction of extension E of the handle portion 1, in particular in the form of a steering wheel rim K, arranged one behind the other and thereby spaced from each other and electrically isolated from each other, not only determine whether a hand of the driver rests on the grip area 1 hereby. In addition, it can also be detected at which point along the extension direction E the touch of the grip region 1 takes place, by means of the evaluation unit 7 it is ascertained on which of the second electrical elements 4 there are capacitance changes (compared to the first electrical elements 3) a touch of the grip area 1 go back.
  • the electrical elements 3, 4 are each formed by a network of nanowires of an electrically conductive (for example metallic or semiconductive) material, in particular in the form of silver nanowires. These are wires with a cross-sectional dimension of up to 100 nanometers. As is clear from Figure 5 is to form a respective electrical element
  • a limited area 50 of the nonconductive material 5 (the extent of which corresponds to the extent of the electrical element to be formed) is provided with a plurality of nanowires 60 which contact each other and thereby electrically communicate with each other.
  • a network of electrical nanowires 60 is formed, which accordingly defines a respective electrically conductive element (3 or 4).
  • each of the electrical elements 3, 4 being formed by a network of nanowires 60 of minimum cross-sectional dimension, the former are not visible even when accommodated in an electrically nonconductive material 5, the is transparent for light.
  • the steering wheel heater and the means for detecting touches of the grip area 1 act directly on its outer surface.
  • a desired heating of the steering wheel with comparatively lower heating currents can be achieved than with the usual arrangement of a heating layer below a steering wheel trim, which can be made of leather or wood, for example. Furthermore, the heat is effective more quickly on the hands of the driver.
  • non-conductive material 5 of the electrical layer 2 may also be colored to achieve certain design effects.

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lenkradbaugruppe für ein Kraftfahrzeuglenkrad, mit einem Griffbereich (1) zum Ergreifen und Betätigen des Lenkrades und mit mindestens einem an dem Griffbereich (1) angeordneten elektrischen Element (3, 4). Dabei ist das mindestens eine elektrische Element (3, 4) durch eine elektrische Schicht gebildet, die ein elektrisch nicht leitendes Material (5) sowie darin aufgenommenen elektrisch leitfähigen Nanodraht (6) enthält.

Description

Lenkradbaugruppe
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Lenkradbaugruppe für ein Kraftfahrzeuglenkrad nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .
Eine derartige Lenkradbaugruppe umfasst einen Griffbereich zum Ergreifen und Betätigen des Lenkrades sowie mindestens ein an dem Griffbereich angeordnetes elektrisches
Element. Bei dem Griffbereich kann es sich beispielsweise um einen Lenkradkranz handeln, der über Speichen mit der Nabe eines drehbar gelagerten Lenkrades verbunden ist. Ein am Griffbereich angeordnete elektrische Element kann einerseits als ein elektrisches Heizelement ausgeführt sein, das bei Bestromung Wärme erzeugt und dadurch zum Beheizen des Griffbereiches dienen kann. Alternativ oder ergänzend kann mit mindestens einem elektrischen Element eine Detektoreinrichtung verbunden sein, um durch Messung einer physikalischen Größe, wie etwa einer Kapazität bzw. eines durch das elektrische Element fließenden Stromes, eine Berührung des Griffbereiches durch die Hand eines Fahrzeugführers (welche die besagte physikalische Zustandsgröße beeinflusst) detektieren zu können. Aus der EP 2 572 942 B1 ist ein kapazitives Erfassungssystem bekannt, das an einem Kraftfahrzeuglenkrad anordenbar ist und das ein elektrisches Heizelement, zum Beispiel in Form eines am Lenkradkranz angeordneten Heizdrahtes, als eine Antennenelektrode verwendet. Durch Bestromung des Heizelementes bzw. Heizdrahtes mit einem Heizstrom in Form eines Gleichstromes wird das Heizelement erwärmt, um den Lenkradkranz zu beheizen. Andererseits ist das Heizelement mit einem (kapazitiven) Detektor verbunden, mittels dem das Heizelement mit einem Wechselstrom beaufschlagbar ist und der ein die Kapazität des Heizelementes auf Basis jenes Wechselstromes angebendes Ausgangssignal erzeugt, wofür der Detektor eine Strommessanordnung aufweist. Hiermit lassen sich Berührungen des Lenkradkranzes durch die Hände eines Fahrzeugführers erfassen.
Bei Lenkrädern mit einem belederten Lenkradkranz lässt sich das Heizelement in einfacher Weise unterhalb des Ledermaterials anordnen; zum Beispiel indem eine Heizmatte, in welche Heizdrähte eingewoben sind, zwischen dem Ledermaterial und dem vom Ledermaterial umfassten Lenkradkörper (bzw. genauer dem Körper des Lenkradkranzes) angeordnet wird. Dieses Vorgehen ist allerdings nicht ohne Weiteres auf Lenkräder übertragbar, bei denen der Lenkradkörper, welcher regelmäßig als ein geschäumter Körper ausgeführt ist, zur Bildung einer Designfläche (unter Verzicht auf Leder, Holz oder dergleichen) unmittelbar mit einer Lackschicht versehen wird.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Lenkradbaugruppe der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, an deren Griffbereich die Integration einer Heizeinrichtung und/oder von Mitteln zur Erfassung einer Berührung des Griffbereiches, auch angesichts unterschiedlicher Ausgestaltungen der äußeren Designfläche des Griffbereiches, in einfacher Weise ermöglicht wird.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Schaffung einer Lenkradbaugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Danach ist das mindestens eine elektrische Element durch eine elektrische Schicht gebildet, die ein elektrisch nicht leitendes Material sowie darin aufgenommenen elektrisch leitfähigen Nanodraht enthält. Unter Nanodraht wird dabei ein metallischer oder halbleitender Draht mit einer Querschnittsausdehnung von höchstens 1 00 Nanometern verstanden. Bei dem Nanodraht kann es sich vorliegend insbesondere um aus Silber bestehenden Nanodraht (Silbernanodraht) handeln.
Derartige Drähte lassen sich in extrem dünne Schichten, wie etwa Lackschichten, integrieren, ohne dass der Nanodraht hierbei als eine separate Komponente sichtbar würde, so dass die Designfunktion einer entsprechenden Schicht, wie zum Beispiel der besagten Lackschicht, nicht beeinträchtigt wird.
Die aus dem elektrisch nicht leitenden Material, wie zum Beispiel einem Lackiermittel, und aus Nanodraht gebildete elektrische Schicht kann somit insbesondere auch als äußere Beschichtung des Griffbereiches eines Lenkrades verwendet werden. Sie kann hierfür beispielsweise unmittelbar auf einen geschäumten Lenkradkörper aufgetragen werden, aber alternativ auch auf eine Belederung oder eine Holzverkleidung oder sonstige Ziermittel, welche am Lenkradkörper angeordnet sind. Die elektrische Schicht kann dabei als eine (für Licht) transparente Beschichtung, insbesondere auf der Grundlage eines transparenten Lackiermittels, ausgeführt sein.
Die elektrische Schicht kann einerseits als eine Heizschicht dienen, indem sie mit einer Strom- bzw. Spannungsquelle verbunden ist, über die der Nanodraht mit (Gleich- oder Wechsel-)Strom beaufschlagbar ist. Hierbei wird der Nanodraht zur Beheizung des Griffbereiches erwärmt. Dadurch, dass die Wärmeerzeugung unmittelbar an der äußeren Oberfläche des Griffbereiches erfolgen kann, und nicht etwa - wie aus dem Stand der Technik bekannt - unterhalb einer Belederung oder einer Holzverkleidung des Lenkrades zu erfolgen hat, lässt sich die Lenkradoberfläche in vergleichsweise kurzer Zeit sowie mit einer vergleichsweise geringen Leistung auf eine gewünschte Temperatur erwärmen.
Darüber hinaus kann die elektrische Schicht verwendet werden, um Berührungen des Griffbereiches der Lenkradbaugruppe zu detektieren. Dies kann dadurch erfolgen, dass an die elektrische Schicht eine Auswerteeinheit angeschlossen wird, mit der die Änderung einer physikalischen Größe als Folge einer Berührung der entsprechenden elektrischen
Schicht erfassbar ist. Hierfür kann mittels der Auswerteeinheit etwa die elektrische Kapazität zwischen zwei (voneinander getrennten) elektrischen Elementen der elektrischen Schicht erfasst werden, welche bei einer Berührung der Schicht beeinflusst wird und somit als physikalische Messgröße zur Detektion von Berührungen des Griffbereiches geeignet ist.
Das mindestens eine elektrische Element der elektrischen Schicht kann vorliegend dadurch gebildet sein, dass in dem nicht leitenden Material der Schicht ein begrenzter Teilbereich eine Vielzahl Nanodrahte enthält, die untereinander in elektrischem Kontakt stehen (indem sie sich berühren). Somit bilden die Nanodrahte in dem abgegrenzten Teilbereich ein elektrisches Netzwerk, welches wiederum insgesamt ein elektrisch leitendes Element definiert. Auf dieser Grundlage kann in dem nicht leitenden Material insbesondere auch eine Mehrzahl elektrischer Elemente gebildet werden, die jeweils durch Bereiche des nicht leitenden Materials voneinander getrennt und dadurch gegeneinander elektrisch isoliert sind.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verläuft an dem Griffbereich des Lenkrades mindestens ein elektrisches Element entlang dessen Erstreckungsrichtung. Bei einem in üblicher Weise als Lenkradkranz ausgebildeten Griffbereich bedeutet dies, dass das besagte elektrische Element entlang einer bogenförmig gekrümmten Erstreckungsrichtung, entsprechend den Verlauf des Lenkradkranzes, verläuft. Dabei können an der Oberfläche des Griffbereiches insbesondere mehrere elektrische Elemente nebeneinander entlang dessen Erstreckungsrichtung verlaufen, die jeweils elektrisch gegeneinander isoliert sind, indem die elektrischen Elemente quer zur Erstreckungsrichtung voneinander beabstandet sind und hierzwischen jeweils nicht leitendes Material angeordnet ist. Derartige in Erstreckungsrichtung des Griffbereiches verlaufende elektrische Elemente eignen sich zur Beheizung des Griffbereiches, indem sie mit einer Stromquelle verbunden sind und bei Bestromung als eine Widerstandsheizung wirken.
Alternativ oder ergänzend kann an dem Griffbereich auch mindestens ein elektrisches Element quer (also schräg oder senkrecht) zu dessen Erstreckungsrichtung verlaufen.
Auch bei dieser Anordnung elektrischer Elemente kann vorgesehen sein, dass eine Mehrzahl derartiger elektrischer Elemente voneinander beabstandet am Griffbereich ausgebildet ist und durch dazwischen liegende Bereiche nicht leitenden Materials jeweils voneinander isoliert sind. Mittels einer Mehrzahl quer zur Erstreckungsrichtung des Griffbereiches verlaufender und dabei entlang der Erstreckungsrichtung voneinander beanstandeter elektrischer Elemente lassen sich ortsaufgelöst Berührungen des Lenkradkranzes erfassen, indem die einzelnen quer zur Erstreckungsrichtung verlaufenden elektrischen Elemente jeweils mit einer Auswerteeinheit verbunden sind, wodurch sich dadurch bestimmen lässt, an welchem der elektrischen Element Kapazitätsänderungen (durch Annährung einer Hand) auftreten.
Um den Griffbereich sowohl beheizen zu können als auch Berührungen des Griffbereiches ortsaufgelöst detektieren zu können, kann die an der Oberfläche des Griffbereiches angeordnete elektrische Schicht ein Gitter erster und zweiter elektrische Elemente aufweisen, wobei die ersten elektrischen Elemente zum Beispiel jeweils entlang der Erstreckungsrichtung des Griffbereiches verlaufen und die zweiten elektrischen Elemente zum Beispiel quer hierzu.
An den Kreuzungsstellen können die ersten und zweiten elektrischen Elemente jeweils dadurch elektrisch voneinander isoliert sein, indem hierzwischen jeweils Bereiche des nicht leitenden Materials vorhanden sind. Dies lässt sich beispielsweise dadurch erreichen, dass zunächst die ersten elektrischen Elemente auf den Griffbereich aufgebracht werden, diese anschließend mit nicht leitenden Material bedeckt werden und sodann die zweiten elektrischen Elemente an der Oberfläche des Griffbereiches aufgebracht werden. Diese werden wiederum vorteilhaft mit einer weiteren Schicht aus nicht leitendem Material bedeckt, um zu verhindern, dass das die Hände eines Fahrers mit den elektrischen Elementen in Berührung kommen können.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden bei nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren deutlich werden.
Es zeigen:
Figur 1 Einen Ausschnitt eines Griffbereiches eines Kraftfahrzeuglenkrades, speziell in
Form eines Lenkradkranzes; eine schematische Draufsicht auf den Ausschnitt aus Figur 1 zusammen mit einer zugeordneten Auswerteeinheit; einen Querschnitt durch den Griffbereich aus Figur 1 ; einen Querschnitt durch eine auf den Griffbereich aufgebrachte elektrische Schicht; eine schematische Darstellung eines elektrisch leitenden Elementes der elektrischen Schicht aus Figur 4, gebildet durch ein Netzwerk aus Nanodrähten;
Figur 6 eine Draufsicht auf eine Kraftfahrzeuglenkrad. Figur 6 zeigt einen bekannten Aufbau eines Kraftfahrzeuglenkrades L mit einem Lenkradkranz K der über Speichen S mit einer Nabe N verbunden ist. Der Lenkradkranz K verläuft ringförmig entlang einer (bogenförmig gekrümmten) Erstreckungsrichtung E und bildet einen Griffbereich, an dem ein Fahrer das Lenkrad L ergreifen kann, um ein zugehöriges Kraftfahrzeug zu steuern.
In Figur 1 ist mit 1 ein Ausschnitt des Griffbereiches/Lenkradkranzes aus Figur 6 bezeichnet, auf dem eine elektrische Schicht 2 als äußerte Lage aufgebracht ist. Die elektrische Schicht 2 kann dabei einerseits unmittelbar auf einen Grundkörper des Lenkrades beziehungsweise genauer des Griffbereiches 1 aufgebracht sein, also bei einem geschäumten Lenkrad etwa unmittelbar auf den geschäumten Griffbereich 1 , um vorteilhaft die äußerste Lage des Griffbereiches 1 zu bilden. Alternativ kann der Grundkörper des Lenkrades mit einer Verkleidung, zum Beispiel aus Kunststoff, Leder und/oder Holz, versehen sein, wobei die elektrische Schicht 2 dann vorteilhaft auf jene Verkleidung aufgebracht ist.
Die elektrische Schicht 2 enthält ein nichtleitendes Material 5, insbesondere in Form eines Lackes, in welchem elektrische Elemente 3, 4 verlaufen, vergleiche auch die Querschnittsdarstellung der elektrischen Schicht 2 in Figur 4. Im Ausführungsbeispiel der Figuren 1 und 4 verlaufen dabei mehrere elektrische Elemente 3 länglich entlang der Erstreckungsrichtung E der Griffbereiches 1 beziehungsweise des Lenkradkranzes K (vergleiche Figur 6) und sind dabei quer zu der Erstreckungsrichtung E voneinander beabstandet. Da sich zwischen den einzelnen elektrischen Elementen 3 jeweils das nicht leitende Material 5 der elektrischen Schicht 2 befindet, sind die längserstreckten elektrischen Elemente 3 elektrisch voneinander isoliert.
Quer zu jenen ersten elektrisch leitenden Elementen 3 verlaufen in der elektrischen Schicht 2 an der Oberfläche des Griffbereiches 1 zweite elektrisch leitende Elemente 4. Diese umfassen den Griffbereich 1 , beziehungsweise speziell Lenkradkranz K, jeweils quer zu deren Erstreckungsrichtung E. Die zweiten elektrischen Elemente 4 können dabei geschlossene oder offene Ringe bilden.
Die zweiten elektrischen Elemente 4 sind dabei jeweils entlang der Erstreckungsrichtung E des Griffbereiches 1 voneinander beabstandet angeordnet und (vorteilhaft gleich beabstandet) über den Griffbereich verteilt. So kann insbesondere der gesamte Griffbereich 1 beziehungsweise speziell Lenkradkranz K mit entlang seiner (bogenförmig gekrümmten) Erstreckungsrichtung E hintereinander angeordneten und voneinander beabstandeten zweiten elektrischen Elementen 4 versehen sein. Die ersten und zweiten elektrischen Elemente 3, 4 bilden gemäß Figur 1 im Ergebnis ein Kreuzgitter auf der Oberfläche des Griffbereiches 1 .
Durch die entlang der Erstreckungsrichtung E beabstandete Anordnung der zweiten elektrischen Elemente 4, wobei sich zwischen den zweiten elektrischen Elementen 4 jeweils nicht leitendes Material 5 der elektrischen Schicht 2 befindet, sind auch die zweiten elektrischen Elemente 4 jeweils elektrisch voneinander isoliert.
Wie insbesondere anhand Figur 4 deutlich wird, sind zudem auch die ersten und zweiten elektrischen Elemente 3, 4 jeweils gegeneinander elektrisch isoliert. Dies wird im Ausführungsbeispiel dadurch erreicht, dass an den Kreuzungspunkten eines jeweiligen ersten elektrischen Elementes 3 mit einem jeweiligen zweiten elektrischen Element 4 diese in unterschiedlicher Höhe innerhalb der elektrischen Schicht 2 verlaufen. Konkret sind die ersten und zweiten elektrischen Elemente 3, 4 (insbesondere an den Kreuzungspunkten) jeweils durch Bereiche des nicht leitenden Materials 5 voneinander getrennt. Letzteres kann gemäß Figur 4 beispielsweise dadurch erreicht werden, dass zunächst die entlang der Erstreckungsrichtung E des Griffbereiches 1 verlaufenden ersten elektrischen Elemente 3 auf die Oberfläche des Griffbereiches 1 aufgebracht werden. Anschließend werden diese mit einer ersten Teilschicht 51 das elektrisch nicht leitenden Materials 5, zum Beispiel in Form eines Lackiermittels, bedeckt. Hierauf werden sodann die quer zur Erstreckungsrichtung E verlaufenden zweiten elektrischen Elemente 4 aufgebracht. Diese können so dann wiederum von einer zweiten Teilschicht 52 des elektrisch nicht leitenden Materials 5 bedeckt werden. Im Ergebnis sind die ersten und zweiten elektrischen Elemente 3, 4 jeweils durch Bereiche (51 ) des nicht leitenden Materials 5 voneinander getrennt und dadurch gegeneinander elektrisch isoliert.
Die voneinander beabstandete Anordnung der ersten elektrischen Elemente 3 auf der äußeren Oberfläche des Griffbereiches 1 , bedeckt durch das nicht leitende Material 5, ist dabei nochmals anhand der Querschnittsdarstellung des Griffbereiches 1 in Figur 3 illustriert.
Die Breite der elektrischen Elemente 3, 4 (quer zu ihrer jeweiligen Längserstreckung) kann beispielsweise 1 mm bis 10 mm betragen. Die Länge der elektrischen Elemente kann im Fall der ersten elektrischen Elemente 3, welche entlang der Erstreckungsrichtung E des Griffbereiches 1 /Lenkradkranzes K verlaufen, beispielsweise bei einem halben Lenkradumfang (etwa 600 mm) liegen. (Zur Überdeckung des gesamten Griffbereiches 1 /Lenkradkranzes K entlang der Erstreckungsrichtung E können dann jeweils zwei derartige elektrische Elemente 3 entlang jener Richtung E hintereinander angeordnet sein.) Die zweiten elektrischen Elemente 4, welche den Griffbereich 1 jeweils quer zu der
Erstreckungsrichtung E umfassen, haben eine maximale Länge, die vom Querschnitt des Griffbereiches 1 abhängt und beispielsweise bei 90 mmm liegen kann.
Zur Beheizung des Griffbereiches 1 sind die ersten und/oder die zweiten elektrischen Elemente 3, 4 an eine Stromquelle angeschlossen. Hierdurch kann in bekannter Weise der
Griffbereich 1 des Lenkrades an seiner Oberfläche nach Art einer Widerstandsheizung erwärmt werden. Die Detektion von Berührungen des Griffbereiches 1 durch die Hand eines Fahrers kann vorliegend insbesondere durch ein kapazitives Verfahren, beispielsweise ein projiziert- kapazitives Verfahren, erfolgen. Hierzu werden beispielsweise Kapazitätsänderungen zwischen den ersten elektrischen Elementen 3 und den zweiten elektrischen Elementen 4 bei Auflage einer Hand detektiert.
Wie in Figur 2 dargestellt, können hierzu die zweiten elektrischen Elemente 4 (jeweils über zugeordnete Verbindungsleitungen 45) mit einer Auswerteeinheit 7 verbunden sein. Da jene zweiten elektrischen Elemente 4 entlang der Erstreckungsrichtung E des Griffbereiches 1 , insbesondere in Form eines Lenkradkranzes K, hintereinander angeordnet und dabei voneinander beabstandet und elektrisch gegeneinander isoliert sind, lässt sich hiermit nicht nur ermitteln, ob eine Hand des Fahrers am Griffbereich 1 aufliegt. Es lässt sich darüber hinaus auch erfassen, an welchem Ort entlang der Erstreckungsrichtung E die Berührung des Griffbereiches 1 erfolgt, indem mittels der Auswerteeinheit 7 festgestellt wird, an welchem der zweiten elektrischen Elemente 4 Kapazitätsänderungen (gegenüber den ersten elektrischen Elementen 3) vorliegen, die auf eine Berührung des Griffbereiches 1 zurückgehen.
Gemäß Figur 5 werden dabei vorliegend die elektrischen Elemente 3, 4 jeweils durch ein Netzwerk von Nanodrähten aus einem elektrisch leitfähigen (zum Beispiel metallischen oder halbleitenden) Material, insbesondere in Form von Silber-Nanodrähten, gebildet. Hierbei handelt es sich um Drähte mit einer Querschnittsausdehnung von bis zu 100 Nanometern. Wie anhand Figur 5 deutlich wird ist zur Bildung eines jeweiligen elektrischen Elementes
3, 4 ein begrenzter Bereich 50 des nicht leitenden Materials 5 (dessen Ausdehnung der Ausdehnung des zu bildenden elektrischen Elementes entspricht) mit einer Vielzahl Nanodrähten 60 versehen, die einander berühren und hierdurch elektrisch miteinander in Verbindung stehen. Hierdurch wird ein Netzwerk elektrischer Nanodrähte 60 gebildet, welches dementsprechend ein jeweiliges elektrisch leitendes Element (3 bzw. 4) definiert.
Indem die elektrischen Elemente 3, 4 jeweils durch ein Netzwerk von Nanodrähten 60 mit minimaler Querschnittsausdehnung gebildet werden, sind erstere selbst dann nicht sichtbar, wenn sie in einem elektrisch nicht leitenden Material 5 aufgenommen sind, das für Licht transparent ist. Dies ermöglicht es, eine elektrische Schicht 2 aus dem nicht leitenden Material 5, insbesondere in Form eines Lackes, zusammen mit den darin enthaltenen elektrischen Elementen 3, 4, gebildet durch Nanodraht 6, unmittelbar auf der (für Fahrzeuginsassen sichtbaren) äußeren Oberfläche des Griffbereiches 1 eines Lenkrades aufzubringen, ohne dessen Design zu beeinträchtigen. Hierdurch wirken die Lenkradheizung und die Mittel zur Erfassung von Berührungen des Griffbereiches 1 unmittelbar an dessen äußerer Oberfläche. So lässt sich z.B. eine gewünschte Erwärmung des Lenkrades mit vergleichsweise geringeren Heizströmen erreichen als bei der üblichen Anordnung einer Heizschicht unterhalb einer Lenkradverkleidung, die beispielsweise aus Leder oder Holz bestehen kann. Ferner wird die Wärme schneller an den Händen des Fahrers wirksam.
Ferner kann das nicht leitende Material 5 der elektrischen Schicht 2 zur Erzielung bestimmter Design-Effekte auch eingefärbt sein.

Claims

Patentansprüche
1 . Lenkradbaugruppe für ein Kraftfahrzeuglenkrad, mit
- einem Griffbereich (1 ) zum Ergreifen und Betätigen eines Lenkrades und
- mindestens einem an dem Griffbereich (1 ) angeordneten elektrischen Element (3, 4), dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine elektrische Element (3, 4) durch eine elektrische Schicht (2) gebildet ist, die ein elektrisch nicht leitendes Material (5) sowie darin aufgenommenen elektrisch leitfähigen Nanodraht (6) enthält.
2. Lenkradbaugruppe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine elektrische Schicht (2) mit einer Stromquelle verbunden ist, so dass der in der elektrischen Schicht (2) enthaltene Nanodraht (6) zur Erzeugung von Wärme mit Strom beaufschlagbar ist.
3. Lenkradbaugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens einen elektrischen Schicht (2) eine Auswerteeinheit (7) zugeordnet ist, mit der durch Erfassung einer physikalischen Größe an der elektrischen Schicht (2), insbesondere durch Erfassung einer elektrischen Kapazität, Berührungen des Griffbereiches (1 ) detektierbar sind.
4. Lenkradbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein jeweiliges elektrisches Element (3, 4) dadurch gebildet ist, dass in dem nicht leitenden Material (5) jeweils ein abgegrenzter Teilbereich (50) eine Vielzahl Nanodrähte (60) enthält, die untereinander in elektrischem Kontakt stehen, so dass der abgegrenzte Teilbereich (50) mit den darin enthaltenen, ein elektrisches Netzwerk bildenden Nanodrähten (60) insgesamt elektrisch leitend ist.
5. Lenkradbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem nicht leitenden Material (5) eine Mehrzahl elektrisch leitender Elemente (3, 4) ausgebildet ist, die jeweils durch Bereiche des nicht leitenden Materials (5) elektrisch voneinander isoliert sind.
6. Lenkradbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Griffbereich (1 ) mindestens ein elektrisches Element
(3) entlang einer Erstreckungsrichtung (E) des Griffbereiches (1 ) verläuft.
7. Lenkradbaugruppe nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Griffbereich (1 ) mehrere elektrische Elemente (3) nebeneinander entlang der Erstreckungsrichtung (E) verlaufen und dabei elektrisch voneinander isoliert sind.
8. Lenkradbaugruppe nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein jeweiliges entlang der Erstreckungsrichtung (E) des Griffbereiches (1 ) verlaufendes elektrisches Element (3) zur Beheizung des Griffbereiches (1 ) eingerichtet ist.
9. Lenkradbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Griffbereich (1 ) mindestens ein elektrisches Element
(4) quer zu dessen Erstreckungsrichtung (E) verläuft.
10. Lenkradbaugruppe nach Anspruch 5 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Griffbereich (1 ) mehrere, entlang der Erstreckungsrichtung (E) des Griffbereiches (1 ) voneinander beabstandete und elektrisch voneinander isolierte elektrische Elemente (4) jeweils quer zu dessen Erstreckungsrichtung (E) verlaufen.
Lenkradbaugruppe nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein jeweiliges quer zur Erstreckungsrichtung (E) verlaufendes elektrisches Element (4) zur Detektion von Berührungen des Griffbereiches (1 ) eingerichtet ist.
12. Lenkradbaugruppe nach den Ansprüchen 3, 10 und 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen quer zur Erstreckungsrichtung (E) verlaufenden elektrischen Elemente (4) jeweils mit der Auswerteeinheit (7) verbunden sind, um Berührungen des
Griffbereiches (1 ) ortsaufgelöst erfassen zu können.
13. Lenkradbaugruppe nach einem der Ansprüche 6 bis 8 und einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich an dem Griffbereich elektrische Elemente (3;
4), die entlang unterschiedlicher Richtungen verlaufen, kreuzen, wobei sich kreuzende elektrische Elemente (3; 4) durch Bereiche des nicht leitenden Materials (5) voneinander getrennt und dadurch elektrisch voneinander isoliert sind.
14. Lenkradbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Schicht (2) eine äußerste Lage des Griffbereichs (1 ) bildet, über die der Griffbereich (1 ) an die nicht zum Kraftfahrzeuglenkrad gehörende Umgebung grenzt.
15. Lenkradbaugruppe nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Schicht (2) gegenüber der Umgebung des Griffbereiches (1 ) durch außenliegende Bereiche (52) des nicht leitenden Materials (5) isoliert ist.
16. Lenkradbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das nicht leitende Material (5) der elektrischen Schicht (2) für Licht transparent ist.
17. Lenkradbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das nicht leitende Material (5) der elektrischen Schicht (2) ein Lackiermittel ist.
18. Lenkradbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Schicht (2) unmittelbar auf einen geschäumten Körper des Griffbereiches (1 ) oder auf eine Verkleidung, z. B. aus Leder oder Holz, eines Körpers des Griffbereiches (1 ) aufgebracht ist.
19. Lenkradbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Griffbereich (1 ) als ein ringförmig umlaufender Lenkradkranz ausgeführt ist.
20. Kraftfahrzeuglenkrad mit einem Lenkradkörper (K, N, S) und einer am Lenkradkörper vorgesehenen Lenkradbaugruppe nach einem der vorherigen Ansprüche.
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