Title:
Lenkrad für ein Kraftfahrzeug
Kind Code:
A1
Abstract:

Die Erfindung betrifft ein Lenkrad (1) für ein Kraftfahrzeug mit mindestens einer Sensorbaugruppe (137, 137a, 137b) zur Bestimmung der Handauflage eines Fahrzeugführers auf dem Lenkrad (1), wobei die mindestens eine Sensorbaugruppe (137, 137a, 137b) mindestens ein kapazitives Sensorelement (1371, 1371‘, 1371‘‘) aufweist, das eine elektrisch leitfähige Struktur umfasst. Das Lenkrad (1) zeichnet sich dadurch aus, dass die elektrisch leitfähige Struktur einen elektrisch leitfähigen Schaumstoff umfasst.



Inventors:
Sennert, Philipp (97904, Dorfprozelten, DE)
Benzinger, Martin (63920, Großheubach, DE)
Application Number:
DE102016201406A
Publication Date:
08/03/2017
Filing Date:
01/29/2016
Assignee:
TAKATA AG, 63743 (DE)
International Classes:
Domestic Patent References:
DE102011084903A1N/A2013-04-25
DE102007024141A1N/A2008-11-27
DE102006031207B3N/A2007-11-22
DE3906576C1N/A1990-06-13
Foreign References:
201300558492013-03-07
201402240402014-08-14
Attorney, Agent or Firm:
Maikowski & Ninnemann Patentanwälte Partnerschaft mbB, 10707, Berlin, DE
Claims:
1. Lenkrad (1) für ein Kraftfahrzeug mit mindestens einer Sensorbaugruppe (137, 137a, 137b) zur Bestimmung der Handauflage eines Fahrzeugführers auf dem Lenkrad (1),
wobei die mindestens eine Sensorbaugruppe (137, 137a, 137b) mindestens ein kapazitives Sensorelement (1371, 1371‘, 1371‘‘) aufweist, das eine elektrisch leitfähige Struktur umfasst,
dadurch gekennzeichnet,
dass die elektrisch leitfähige Struktur einen elektrisch leitfähigen Schaumstoff umfasst.

2. Lenkrad (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaumstoff Polyurethan-Schaumstoff oder geschäumten Kautschuk umfasst.

3. Lenkrad (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaumstoff durch Zusatz von Kohlenstoff, insbesondere in Form von Kohlenstoffnanoröhrchen, Graphit oder Carbon Black, elektrisch leitfähig ist.

4. Lenkrad (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch leitfähige Schaumstoff einen elektrischen Widerstand von 10 bis 150 Ω, insbesondere von 60 bis 120 Ω, hat.

5. Lenkrad (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Sensorbaugruppe (137, 137a, 137b) mehrere kapazitive Sensorelemente (1371, 1371‘, 1371‘‘) aufweist, wobei die elektrisch leitfähigen Strukturen der einzelnen kapazitiven Sensorelemente (1371, 1371‘, 1371‘‘) elektrisch isoliert voneinander sind.

6. Lenkrad (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur elektrischen Isolation zwischen den elektrisch leitfähigen Strukturen ein elektrischer Isolator (1372) in Form von elektrisch nicht leitfähigem Schaumstoff vorgesehen ist, der insbesondere Polyurethan-Schaumstoff oder geschäumten Kautschuk umfasst.

7. Lenkrad (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch leitfähige Schaumstoff (1371, 1371‘, 1371‘‘) und der elektrisch nicht leitfähige Schaumstoff (1372) im Wesentlichen lückenlos aneinander anliegen und ohne Ausbildung von Sprüngen oder Kanten ineinander übergehen.

8. Lenkrad (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch leitfähige Schaumstoff (1371, 1371‘, 1371‘‘) und der elektrisch nicht leitfähige Schaumstoff (1372) im Wesentlichen die gleiche Stauchhärte und die gleiche Dichte aufweisen.

9. Lenkrad (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkrad (1) einen Lenkradkranz (13) umfasst, über den das Lenkrad (1) von dem Fahrzeugführer ergreifbar ist und der die mindestens eine Sensorbaugruppe (137, 137a, 137b) umfasst.

10. Lenkrad (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Sensorbaugruppe (137, 137a, 137b) in Form einer Schicht ausgebildet ist, die eine Skelettstruktur (131) des Lenkradkranzes (13), insbesondere vollständig, umgibt.

11. Lenkrad (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkradkranz (13) ferner ein flächig ausgebildetes Heizelement (134) aufweist, wobei das flächig ausgebildete Heizelement (134) zwischen der Skelettstruktur (131) und der mindestens einen Sensorbaugruppe (137, 137a, 137b) angeordnet ist.

12. Lenkrad (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkradkranz (13) ferner ein flächig ausgebildetes Schirmungselement (135) aufweist, wobei das flächig ausgebildete Schirmungselement (135) zwischen dem flächig ausgebildeten Heizelement (134) und der mindestens einen Sensorbaugruppe (137, 137a, 137b) angeordnet ist.

Description:

Die Erfindung betrifft ein Lenkrad für ein Kraftfahrzeug mit mindestens einer Sensorbaugruppe zur Bestimmung der Handauflage eines Fahrzeugführers auf dem Lenkrad gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartig ausgestattete Lenkräder dienen beispielsweise Überwachungs- und Sicherheitszwecken. So kann beispielsweise über die Dauer, über die die Hand des Fahrzeugführers auf dem Lenkrad aufliegt, die Lenkzeit überwacht werden und bei Überschreitung einer vorgegebenen Dauer ein Alarmsignal ausgelöst werden, die den Fahrzeugführer zum Einlegen einer Pause animiert. Auch kann beispielsweise zwecks Einschlaferkennung überwacht werden, ob während der Fahrt stets mindestens eine Hand auf dem Lenkrad aufliegt. Ferner kann die Sensorbaugruppe zum gezielten Auslösen von fahrzeugseitigen Funktionen (Licht, Hupe, Scheibenwischer etc.) dienen.

Aus der DE 10 2011 084 903 A1 ist eine zur Bestimmung der Handauflage eines Fahrzeugführers auf dem Lenkrad geeignete Sensorbaugruppe bekannt, die mindestens ein kapazitives Sensorelement umfasst, das eine elektrisch leitende Struktur aufweist. Zu diesem Zweck ist das kapazitive Sensorelement in ein Fahrzeuglenkrad integriert und an eine Auswerteinheit angeschlossen, die mindestens eine Messgröße in Abhängigkeit von der kapazitiven Ankopplung des kapazitiven Sensorelementes an die Umgebung erfasst und auswertet.

Häufig ist die elektrisch leitende Struktur eine flächige Messelektrode, die aus einem metallisierten Gewebe gebildet ist, oder ein sogenannter Drahtsensor. Zur Herstellung eines Lenkrads wird das Gewebe auf einem Lenkradskelett, das beispielsweise von einem sogenannten Vorschäumling umgeben ist, montiert und anschließend eingeschäumt. Durch die Einschäumung soll eine gleichmäßige Oberflächenbeschaffenheit des Lenkrads erreicht werden. Eine solche Herstellung ist aufwendig.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lenkrad mit einer Sensorbaugruppe zur Bestimmung der Handauflage eines Fahrzeugführers auf dem Lenkrad bereitzustellen, das einfach hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Lenkrad mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Danach umfasst das Lenkrad mindestens eine Sensorbaugruppe zur Bestimmung der Handauflage eines Fahrzeugführers auf dem Lenkrad. Die Sensorbaugruppe weist mindestens ein kapazitives Sensorelement auf, das eine elektrisch leitfähige Struktur umfasst. Dem kapazitiven Sensorelement kann eine Auswerteeinheit zugeordnet sein, mittels welcher insbesondere eine Änderung einer Messgröße (z.B. eines Messstromes) in Abhängigkeit von der kapazitiven Ankopplung des kapazitiven Sensorelementes an ein Referenzpotential, welches durch ein geeignetes Fahrzeug- oder Lenkradelement, definiert sein kann, erfasst und ausgewertet werden kann. Durch das Auflegen einer Hand auf das Lenkrad ändert sich die kapazitive Ankopplung des Sensorelements an das Referenzpotential, was zu einer Änderung der Messgröße führt. Der Betrag der Änderung kann beispielsweise davon abhängen, ob das Lenkrad mit fünf Fingern umgriffen oder nur leicht mit den Fingerspitzen berührt wird.

Das erfindungsgemäße Lenkrad zeichnet sich dadurch aus, dass die elektrisch leitfähige Struktur einen elektrisch leitfähigen Schaumstoff umfasst. Unter einem Schaumstoff ist eine Gruppierung von Gasbläschen, die durch feste (Zell)Wände voneinander getrennt sind, zu verstehen. Dabei kann der Schaumstoff geschlossenporig oder offenporig sein.

Die Verwendung eines elektrisch leitfähigen Schaumstoffs als elektrisch leitfähige Struktur erleichtert die Herstellung des Lenkrads dahingehend, dass nicht zunächst ein elektrisch leitfähiges Gewebe bestimmungsgemäß angeordnet und anschließend umschäumt werden braucht. Vielmehr können diese beiden Herstellungsschritte zu einem zusammengefasst werden.

Gemäß einer Ausführungsform kann der Schaumstoff Polyurethan-Schaumstoff oder geschäumten Kautschuk umfassen. Auch kann eine Mischung von Polyurethan und Kautschuk oder ein anderer geeigneter Schaumstoff eingesetzt werden.

Um den Schaumstoff elektrisch leitfähig zu machen, kann dem Schaumstoff Kohlenstoff zugesetzt werden. Der Kohlenstoff kann beispielsweise in Form von Graphit oder Carbon Black verwendet werden. Insbesondere können Kohlenstoffnanoröhrchen als Zusatzstoff verwendet werden. Kohlenstoffnanoröhrchen haben den Vorteil, dass sie bereits bei einer Konzentration, bei der sie die Viskosität des Schaumstoffmaterials nicht erheblich erhöhen, dem Schaumstoffmaterial eine elektrische Leitfähigkeit verleihen. Somit kann das mit Kohlenstoffnanoröhrchen versetzte Schaumstoffmaterial leicht verarbeitet werden. Beispielsweise kann die Konzentration an Kohlenstoffnanoröhrchen 1 bis 5 Gewichts-% bezogen auf das Schaumstoffmaterial betragen.

Der elektrisch leitfähige Schaumstoff kann einen elektrischen Widerstand von 10 bis 150 Ω, insbesondere von 60 bis 120 Ω aufweisen. Ein solcher Widerstand der elektrisch leitfähigen Struktur hat sich für ein kapazitives Sensorelement als besonders geeignet erwiesen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Sensorbaugruppe des Lenkrads mehrere kapazitive Sensorelemente aufweisen, wobei die elektrisch leitfähigen Strukturen der einzelnen kapazitiven Sensorelemente elektrisch isoliert voneinander sind. Hierdurch kann nicht nur festgestellt werden, ob eine Hand auf dem Lenkrad aufliegt. Vielmehr kann auch die Lage der Hand auf dem Lenkrad ermittelt werden. Je nach Anzahl der elektrisch leitfähigen Strukturen kann die räumliche Auflösung des Messsignals, das von der Platzierung der Hand auf dem Lenkrad herrührt, beeinflusst werden. So kann auch die Größe der Auflagefläche der Hand/Hände bestimmt werden und einen Rückschluss auf die Anzahl der Finger, die das Lenkrad berühren, geben. Ferner können mit mehreren kapazitiven Sensorelementen Bewegungen der Hand/Hände bestimmt werden, um beispielsweise zu ermitteln, ob die Bewegung einer Bewegung gleicht/ähnelt, die bei einem einschlafenden Fahrzeugführer zu erwarten ist. Gegebenenfalls kann ein Alarmsignal ausgelöst werden, um den Fahrzeugführer zu wecken bzw. am Einschlafen zu hindern. Schließlich können verschiedene kapazitive Sensorelemente verschiedenen fahrzeugseitigen Funktionen (z.B. Licht, Hupe, Scheibenwischer etc.) zugeordnet sein, die der Fahrzeugführer durch Berührung des entsprechend vorgesehenen Bereichs des Lenkrads steuern kann. Besonders vorteilhaft hierbei ist, dass der Fahrzeugführer bei der Ansteuerung der Funktionen den Kontakt zu dem Lenkrad nicht verliert. Die einzelnen Sensorelemente beziehungsweise elektrisch leitfähigen Strukturen einer Sensorbaugruppe können sich in Form und Größe (zumindest teilweise) unterscheiden. Alternativ können sie die gleiche Form und Größe aufweisen. Ferner ist die Anzahl der Sensorelemente einer Sensorbaugruppe je nach Bedarf frei wählbar.

Um die einzelnen elektrisch leitfähigen Strukturen voneinander elektrisch zu isolieren, kann zwischen den elektrisch leitfähigen Strukturen ein elektrisch nicht leitfähiger Schaumstoff vorgesehen sein. Der elektrisch nicht leitfähige Schaumstoff kann beispielsweise einen herkömmlichen Schaumstoff, insbesondere Polyurethan-Schaumstoff oder geschäumten Kautschuk, umfassen.

Gemäß einer Ausführungsform können der elektrisch leitfähige Schaumstoff und der elektrisch nicht leitfähige Schaumstoff im Wesentlichen lückenlos aneinander anliegen und ohne Ausbildung von Sprüngen oder Kanten ineinander übergehen. Die Oberfläche des Lenkrads ist damit gleichmäßig und nicht von der Verteilung der verschiedenen leitfähigen Schaumstoffe geprägt. Dies kann zu einer verbesserten Optik beitragen und den Komfort für den Fahrzeugführer beim Greifen des Lenkrads erhöhen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform können der elektrisch leitfähige Schaumstoff und der elektrisch nicht leitfähige Schaumstoff im Wesentlichen die gleiche Stauchhärte und die gleiche Dichte aufweisen. Unter der Stauchhärte ist die Kraft zu verstehen, die erforderlich ist, um einen Schaumstoff um 40% eindrücken zu können. Dadurch kann die Haptik des Lenkrads in den Bereichen, in denen der nicht leitfähige Schaumstoff vorgesehen ist an die Haptik der Bereiche angepasst werden, in denen der leitfähige Schaumstoff angeordnet ist. Hiermit kann der Komfort für den Fahrzeugführer beim Greifen des Lenkrads erhöht werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Lenkrad mehr als eine Sensorbaugruppe umfassen, wobei die Sensorbaugruppen schichtenartig und konzentrisch im bestimmungsgemäß angeordneten Zustand im Lenkrad angeordnet sind. Dabei umfasst mindestens eine der Sensorbaugruppen eine elektrische leitfähige Struktur aus einem elektrisch leitfähigen Schaumstoff. Die elektrische leitfähige Struktur der übrigen Sensorbaugruppe(n) kann beispielsweise ein metallisiertes Gewebe, eine metallisierte Folie oder einen Drahtsensor umfassen. Die einzelnen Sensorbaugruppen können (müssen aber nicht) sich in Anzahl, Form Größe und/oder Anordnung der Sensoreinheiten unterscheiden.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Lenkrad einen Lenkradkranz, eine Lenkradnabe und Lenkradspeichen, die den Lenkradkranz mit der Lenkradnabe verbinden. Vorzugsweise ist das Lenkrad von dem Fahrzeugführer über den Lenkradkranz ergreifbar. Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Lenkradkranz die Sensorbaugruppe, so dass durch Berührung des Lenkradkranzes im Bereich des mindestens einen kapazitiven Sensorelements eine Änderung der kapazitiven Ankopplung und damit des Messsignals hervorgerufen wird.

Beispielsweise kann die Sensorbaugruppe schichtförmig ausgebildet sein und eine Skelettstruktur des Lenkradkranzes umgeben. Die Sensorbaugruppe kann dabei derart bemessen sein, dass sie die Skelettstruktur vollständig umgibt. Dabei kann die Sensorbaugruppe die Skelettstruktur entlang der Erstreckungsrichtung der Skelettstruktur und/oder entlang der Umfangsrichtung des Skelettquerschnitts vollständig umschließen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Lenkradkranz neben der mindestens einen Sensorbaugruppe ein flächig ausgebildetes Heizelement aufweisen. Dieses kann zum Beheizen des Lenkrads dienen und damit den Komfort des Fahrzeugführers erhöhen. Um die Sensitivität der mindestens einen Sensorbaugruppe nicht zu beeinträchtigen, kann insbesondere vorgesehen sein, dass das flächig ausgebildete Heizelement zwischen der Skelettstruktur und der mindestens einen Sensorbaugruppe angeordnet ist. Damit befindet sich die mindestens eine Sensorbaugruppe möglichst nah an der Außenoberfläche des Lenkrads.

Da das Heizelement das mindestens eine kapazitive Sensorelement kapazitiv beeinflussen kann, wobei insbesondere parasitäre Kapazitäten, die sich in Abhängigkeit von der Temperatur des Heizelements verändern und damit nicht kontrollierbar sind, ein Problem darstellen, kann der Lenkradkranz ferner ein flächig ausgebildetes Schirmungselement aufweisen. Das Schirmungselement ist vorzugsweise zwischen dem flächig ausgebildeten Heizelement und der mindestens einen Sensorbaugruppe angeordnet und entkoppelt kapazitiv das Heizelement und das mindestens eine Sensorelement. Mittels des Schirmungselements kann die Messgenauigkeit des mindestens einen kapazitiven Sensorelements erhöht werden.

Gemäß einer Ausführungsform kann der Lenkradkranz folgende Schichten (beziehungsweise ein Teil der folgenden Schichten) in der angegebenen Reihenfolge (von innen nach außen) umfassen: eine Skelettstruktur, eine erste Schaumschicht, eine Klebeschicht, ein flächiges Heizelement, eine Klebeschicht, ein flächiges Schirmungselement, eine elektrische Isolationsschicht, eine flächige Sensorbaugruppe oder Sensorschicht, eine Klebeschicht und einen Bezug. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die erste Schaumschicht und/oder die Sensorschicht (jeweils) mehrfach vorgesehen sein. Generell kann aus den genannten Schichten in einem technisch sinnvollen Rahmen (Anzahl und Reihenfolge betreffend) ein Lenkradkranz gebildet werden.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeuglenkrads mit einem Lenkradkranz;

2 schematisch eine Ausführungsform für eine Reihenfolge der Materialschichten des Lenkradkranzes aus 1;

3A eine Draufsicht auf eine Ausführungsform einer Sensorbaugruppe mit mehreren kapazitiven Sensorelementen;

3B einen Querschnitt durch die Sensorbaugruppe aus 3A entlang der Linie A-A;

4 schematisch eine weitere Ausführungsform für eine Reihenfolge der Materialschichten des Lenkradkranzes aus 1;

5A eine Draufsicht auf zwei Sensorbaugruppen gemäß einer weiteren Ausführungsform;

5B einen Querschnitt durch die Sensorbaugruppen aus 5A jeweils entlang der Linie A-A;

6A eine Draufsicht auf zwei Sensorbaugruppen gemäß einer weiteren Ausführungsform; und

6B einen Querschnitt durch die Sensorbaugruppen aus 6A jeweils entlang der Linie A-A.

Die 1 zeigt schematisch eine Draufsicht auf ein Lenkrad 1. Das Lenkrad 1 umfasst eine zentrale Lenkradnabe 11, von der drei Lenkradspeichen 12, 12a abgehen. Ferner umfasst das Lenkrad 1 einen Lenkradkranz 13, der über die Lenkradspeichen 12, 12a mit der Lenkradnabe 11 verbunden ist. Die Lenkradspeichen 12a sind elektrisch von der Lenkradnabe 11 und dem Lenkradkranz 13 isoliert. Der Lenkradkranz 13 ist aus mehreren Schichten schalenartig aufgebaut. In 2 ist eine Ausführungsform für den schalenartigen Aufbau schematisch dargestellt. Die einzelnen Schichten sind koaxial angeordnet.

Dabei ist in 2 die innerste Schicht des Lenkradkranzes 13 unten und die äußerste Schicht des Lenkradkranzes 13 oben dargestellt. Die innerste Schicht wird durch eine Skelettstruktur 131 gebildet. Die Skelettstruktur 131 ist beispielsweise aus einem Metall gefertigt und gibt die Form des Lenkradkranzes 13 vor. An die Skelettstruktur 131 schließt sich eine erste Schaumschicht 132 an, die dem Lenkradkranz 13 ein gewisses Volumen verleiht. Die erste Schaumschicht 132 umgibt die Skelettstruktur 131 vollständig. Die erste Schaumschicht 132 umfasst einen elektrisch nicht leitenden Schaumstoff, beispielsweise aus Polyurethan oder Kautschuk. Die der Skelettstruktur 131 abgewandte Seite der ersten Schaumschicht 132 ist mit einer Klebeschicht 133 bedeckt, über die ein flächig ausgebildetes Heizelement 134 an der ersten Schaumschicht 132 befestigt ist. Die Klebeschicht 133 kann als doppelseitig klebende Folie ausgebildet sein. Alternativ kann die Klebeschicht 133 ein Film aus einem Klebstoff sein, der auf die erste Schaumschicht 132 aufgetragen (zum Beispiel durch Sprühen) wird. Das flächig ausgebildete Heizelement 134 kann eine oder mehrere Heizeinheiten umfassen, die jeweils ein elektrisch leitfähiges Material (z.B. Metalldraht, metallisierte Folie, metallisiertes Gewebe) umfassen, das sich aufgrund seines ohmschen Widerstands erwärmt, sobald eine Spannung angelegt wird. Das Heizelement 134 ist auf seiner der ersten Schaumschicht 132 abgewandten Seite ebenfalls mit einer Klebeschicht 133 bedeckt. Diese Klebeschicht 133 kann im Wesentlichen die gleichen Eigenschaften wie die Klebeschicht 133 zwischen der ersten Schaumschicht 132 und dem Heizelement 134 aufweisen. Ein flächig ausgebildetes Schirmungselement 135 umgibt das Heizelement 134. Über die Klebeschicht 133 ist das Schirmungselement 135 an dem Heizelement 134 befestigt. Das Schirmungselement 135 weist mindestens eine Schicht auf, die elektrisch leitfähig und mit einem elektrischen Potential beaufschlagbar ist. Nach außen wird das Schirmungselement 135 elektrisch durch eine Isolationsschicht 136 isoliert. Die Isolationsschicht 136 liegt an der dem Heizelement 134 abgewandten Seite des Schirmungselements 135 an. An die Isolationsschicht 136 schließt sich eine flächig ausgebildete Sensorbaugruppe oder Sensorschicht 137 an. Diese Sensorschicht 137 umfasst mindestens ein kapazitives Sensorelement, das eine elektrisch leitfähige Struktur umfasst. Die elektrisch leitfähige Struktur wird durch einen elektrisch leitfähigen Schaumstoff gebildet. Dieser Schaumstoff umfasst Polyurethan-Schaumstoff oder geschäumten Kautschuk, dem Kohlenstoffnanoröhrchen zugesetzt sind, um dem Schaumstoff eine elektrische Leitfähigkeit zu verleihen. Durch das Schirmungselement 135 ist das mindestens eine kapazitive Sensorelement der Sensorschicht 137 kapazitiv von dem Heizelement 134 entkoppelt. Der Sensorschicht 137 schließt sich ein Bezug 138 des Lenkradkranzes 13 an, der beispielsweise aus Leder besteht und die äußere Umhüllung des Lenkradkranzes 13 darstellt. Der Bezug 138 ist über eine Klebeschicht 133 an der Sensorschicht 137 befestigt. Diese Klebeschicht 133 kann im Wesentlichen die gleichen Eigenschaften wie die Klebeschichten 133 zwischen der ersten Schaumschicht 132 und dem Heizelement 134 und zwischen dem Heizelement 134 und dem Schirmungselement 135 aufweisen.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform umfasst der Lenkradkranz 13 lediglich die Skelettstruktur 131, die erste Schaumschicht 132, die Sensorschicht 137, den Bezug 138 und eine oder mehrere Klebeschichten 133. So kann beispielsweise eine Klebeschicht 133 zwischen der Sensorschicht 137 und dem Bezug 138 vorgesehen sein. Die Anordnung eines Heizelements und eines durch das Heizelement bedingten Schirmungselements, die wiederum eine Isolationsschicht bedingt, ist optional (2) und nicht zwingend erforderlich.

In 3A ist eine Ausführungsform einer Sensorbaugruppe oder Sensorschicht 137 dargestellt, die mehrere, nämlich drei, kapazitive Sensorelemente 1371 umfasst, deren elektrische leitfähige Struktur jeweils aus elektrisch leitfähigem Schaumstoff gebildet wird. Die Sensorschicht 137 ist dabei entsprechend ihrer Form im Lenkradkranz 13 aufgerollt, wobei 3A eine Draufsicht entsprechend der Draufsicht, die ein Fahrzeugführer auf einen Lenkradkranz hat, darstellt. Zwischen den Sensorelementen 1371 ist jeweils ein elektrischer Isolator 1372 in Form von elektrisch nicht leitendem Schaumstoff angeordnet. Der elektrisch nicht leitende Schaumstoff 1372 umfasst Polyurethanschaum oder geschäumten Kautschuk. Der elektrisch nicht leitende Schaumstoff 1372 weist die gleiche Materialstärke wie der elektrisch leitfähige Schaumstoff 1371 auf und liegt lückenlos an dem elektrisch leitfähigen Schaumstoff 1371 an, so dass zwischen dem elektrisch nicht leitenden Schaumstoff 1372 und dem elektrisch leitfähigen Schaumstoff 1371 keine Sprünge oder Kanten spürbar sind.

Zwei der drei Sensorelemente 1371 erstrecken sich in der Ausführungsform aus 3A jeweils über einen Kreisbogen von im Wesentlichen 90°, wobei sie sich (in Umfangsrichtung betrachtet) jeweils von dem zwischen ihnen angeordneten elektrischen Isolator 1372 ausgehend in entgegengesetzte Richtungen zu jeweils einem weiteren Isolator 1372 erstrecken. Das dritte Sensorelement 1371 erstreckt sich in der Ausführungsform aus 3A über einen Kreisbogen von im Wesentlichen 180° zwischen zwei Isolatoren 1372. Insgesamt erstrecken sich die drei Sensorelemente 1371 über den gesamten Lenkradkranz 13 (in Umfangsrichtung betrachtet), wobei sie lediglich durch die drei Isolatoren 1372 unterbrochen werden. Im bestimmungsgemäß angeordneten Zustand der Sensorbaugruppe 137 im Lenkradkranz 13 sind die Isolatoren 1372 weitestgehend oben, links und rechts angeordnet, wenn sich der Lenkradkranz 13 in der Position zum Geradeausfahren (Geradeausposition) befindet.

Alternativ zu der Ausführungsform aus 3A können auch vier Sensorelemente 1371 in einer Sensorschicht 137 vorgesehen sein, die sich beispielsweise jeweils über einen Kreisbogen von im Wesentlichen 90° erstrecken und zwischen denen jeweils ein Isolator 1372 angeordnet ist. In der Geradeausposition sind die Isolatoren 1372 dann weitestgehend oben, unten, links und rechts angeordnet. Gemäß einer weiteren Alternative umfasst die Sensorschicht 137 zwei Sensorelemente, die sich beispielsweise jeweils über einen Kreisbogen von im Wesentlichen 180° erstrecken und zwischen denen jeweils ein Isolator 1372 angeordnet ist. In der Geradeausposition sind die Isolatoren 1372 dann weitestgehend oben und unten angeordnet.

Generell ist die Anzahl der Sensorelemente 1371 in der Sensorschicht 137 beliebig wählbar, so dass sie je nach Anwendungsfall an die Bedürfnisse angepasst werden kann. Auch ist die Größe der einzelnen Sensorelemente 1371 in einer Sensorschicht 137 variabel. Die einzelnen Sensorelemente können beispielsweise gleich groß sein, sie können aber auch (zumindest teilweise) unterschiedlich groß ausgebildet sein. Entsprechendes gilt für die Isolatoren zwischen den Sensorelementen. Ferner können sich die Sensorelemente 1371 einer Sensorbaugruppe 137 insgesamt über den gesamten Lenkradkranz 13 (in Umfangsrichtung betrachtet) erstrecken, wobei sie lediglich durch die entsprechenden Isolatoren 1372 unterbrochen werden. Alternativ können sich die Sensorelemente 1371 einer Sensorbaugruppe 137 zusammen über einen Teil des Lenkradkranzes 13 (in Umfangsrichtung betrachtet) erstrecken.

In 3B ist ein Schnitt durch die Sensorbaugruppe 137 aus 3A im Bereich eines der Sensorelemente 1371 entlang der Linie A-A dargestellt. Dieses Sensorelement 1371 erstreckt sich im Querschnitt betrachtet über 360° der Sensorbaugruppe 137. Im bestimmungsgemäß im Lenkradkranz 13 angeordneten Zustand erstreckt sich das Sensorelement 1371 vollständig um den Querschnitt der Skelettstruktur 131. Auch die anderen zwei der drei Sensorelemente 1371 aus 3A sind wie in 3B dargestellt ausgebildet. Um die einzelnen Sensorelemente 1371 elektrisch voneinander isolieren zu können, erstrecken sich auch die Isolatoren 1372 der Sensorbaugruppe 137 im Querschnitt betrachtet über 360° der Sensorbaugruppe 137.

In 4 ist eine weitere Ausführungsform für den schalenartigen Aufbau des Lenkradkranzes 13 schematisch dargestellt. Dabei ist in 4 die innerste Schicht des Lenkradkranzes 13 unten und die äußerste Schicht des Lenkradkranzes 13 oben dargestellt. Die einzelnen Schichten sind wie in der Ausführungsform aus 2 koaxial angeordnet. Die Ausführungsform aus 4 unterscheidet sich von jener aus 2 insbesondere darin, dass zwei Sensorschichten 137 vorgesehen sind. Ferner sind im Vergleich zu der Ausführungsform aus 2 kein Heizelement, kein Schirmungselement und keine Isolationsschicht vorgesehen.

In der Ausführungsform aus 4 wird die innerste Schicht durch eine Skelettstruktur 131 gebildet. An die Skelettstruktur 131 schließt sich eine erste Schaumschicht 132 aus elektrisch nicht leitendem Schaumstoff an. An die erste Schaumschicht 132 schließt sich eine Sensorschicht 137a mit mindestens einem kapazitiven Sensorelement an. Die elektrisch leitfähige Struktur des kapazitiven Sensorelements wird durch einen elektrisch leitfähigen Schaumstoff gebildet. Der Sensorschicht 137a schließt sich eine weitere Schaumschicht 132 aus elektrisch nicht leitendem Schaumstoff und eine weitere Sensorschicht 137b an. Alternativ können die beiden Sensorschichten 137a, 137b mittels eines anderen geeigneten Isolators als der weiteren Schaumschicht 132 aus elektrisch nicht leitendem Schaumstoff elektrisch voneinander isoliert werden. Über der Sensorschicht 137b ist eine weitere Schaumschicht 132 aus elektrisch nicht leitendem Schaumstoff angeordnet. Die äußere Umhüllung des Lenkradkranzes 13 wird durch den Bezug 138 gebildet. Alternativ kann die weitere Schaumschicht zwischen der Sensorschicht 137b und dem Bezug 138 entfallen. Zwischen den einzelnen Schichten können Klebeschichten vorgesehen sein. Die Sensorschichten 137a, 137b in der Ausführungsform aus 4 weisen beide eine elektrisch leitfähige Struktur auf, die durch einen elektrisch leitfähigen Schaumstoff gebildet wird. Alternativ kann nur die Sensorschicht 137a, die näher an der Skelettstruktur 131 angeordnet ist, elektrisch leitfähigen Schaumstoff umfassen. Gemäß einer weiteren Alternative kann nur die Sensorschicht 137b, die weiter von der Skelettstruktur 131 entfernt ist, elektrisch leitfähigen Schaumstoff umfassen.

In 5A sind zwei Sensorbaugruppen 137a, 137b dargestellt, die jeweils entsprechend der Ansicht aus 3A angeordnet sind. Die beiden Sensorbaugruppen 137a, 137b sind zum Einbau in einen Lenkradkranz 13 vorgesehen, wobei sie schichtartig übereinander angeordnet sind, wie beispielsweise in 4 gezeigt. Dabei ist die Sensorbaugruppe 137a näher an der Skelettstruktur 131 angeordnet als die Sensorbaugruppe 137b. Alternativ kann die Sensorbaugruppe 137b näher an der Skelettstruktur 131 angeordnet sein als die Sensorbaugruppe 137a.

Die Sensorbaugruppe 137a aus 5A umfasst ein Sensorelement 1371, das sich (in Umfangsrichtung betrachtet) über 360° des Lenkradkranzes 13 erstreckt. Das Sensorelement 1371 der Sensorbaugruppe 137a erstreckt sich, im Querschnitt betrachtet (5B), über 360°.

Die Sensorbaugruppe 137b aus 5A ähnelt vom grundsätzlichen Aufbau der Sensorbaugruppe 137 aus 3A. Jedoch unterscheidet sie sich von jener aus 3A in der Anzahl der Sensorelemente Die Sensorbaugruppe 137b (5A, 5B) umfasst sechs Sensorelemente 1371‘, 1371‘‘, die jeweils im Wesentlichen einer Hälfte der Sensorelemente 1371 aus 3A entsprechen. Dabei ist jedes Sensorelement 1371 aus 3A entlang der Umfangsrichtung des Lenkradkranzes 13 in ein äußeres Sensorelement 1371‘ und ein inneres Sensorelement 1371‘‘ aufgetrennt. Die Sensorelemente 1371‘, 1371‘‘ erstrecken sich, im Querschnitt betrachtet (5B), jeweils über weniger als 360°, beispielsweise jeweils über im Wesentlichen 180°. Die Ausdehnung jedes äußeren Sensorelements 1371‘ ist dabei derart bemessen, dass es zusammen mit dem zugehörigen inneren Sensorelement 1371‘‘ und dem dazwischen liegenden elektrischen Isolator 1372 im Querschnitt 360° beschreibt. Zwischen benachbart angeordneten Sensorelementen 1371 ist jeweils ein elektrischer Isolator 1372 in Form von elektrisch nicht leitendem Schaumstoff angeordnet. Die Anordnung der Sensorelemente 1371‘, 1371‘‘ in der Sensorbaugruppe 137b ermöglicht, die elektrischen Isolatoren 1372 zu einem Isolator zu verbinden.

Durch Verwendung von äußeren und inneren Sensorelementen 1371‘, 1371‘‘ ist eine lokale Auflösung möglich, so dass erkannt werden kann, ob der Fahrzeugführer das Lenkrad beispielsweise mit der gesamten Hand umgreift oder nur einige Finger auf der Außenseite des Lenkrads aufliegen. Im ersten Fall kann ein inneres Sensorelement 1371‘‘ durch einen anliegenden Daumen und ein äußeres Sensorelement 1371‘ durch die anliegenden Finger jeweils ein Messsignal erzeugen. Im zweiten Fall erzeugen lediglich die äußeren Sensorelemente 1371‘ ein Messsignal. Die Sensorbaugruppe 137b mit inneren und äußeren Sensorelementen 1371‘, 1371‘‘ kann auch ohne die Sensorbaugruppe 137a eingesetzt werden, und vice versa.

Eine Kombination von Sensorbaugruppen 137a, 137b, wie beispielsweise in den 5A, 5B dargestellt, erhöht die Betriebssicherheit. So kann trotz Ausfall einer der beiden Sensorbaugruppen 137a, 137b die Handauflage eines Fahrzeugführers auf dem Lenkrad sicher bestimmt werden. Unter Umständen geht bei einem Ausfall die lokale Auflösung verloren.

In den 6A, 6B ist eine weitere Ausführungsform für eine Kombination von Sensorbaugruppen 137a, 137b dargestellt. In 6A sind zwei Sensorbaugruppen 137a, 137b dargestellt, die jeweils entsprechend der Ansicht aus 3A angeordnet sind. Die beiden Sensorbaugruppen 137a, 137b sind zum Einbau in einen Lenkradkranz 13 vorgesehen, wobei sie schichtartig übereinander angeordnet sind, wie beispielsweise in 4 gezeigt. Dabei ist die Sensorbaugruppe 137a näher an der Skelettstruktur 131 angeordnet als die Sensorbaugruppe 137b. Alternativ kann die Sensorbaugruppe 137b näher an der Skelettstruktur 131 angeordnet sein als die Sensorbaugruppe 137a.

Die Sensorbaugruppe 137a aus 6A entspricht der Sensorbaugruppe 137a aus 5A.

Die Sensorbaugruppe 137b aus 6A ähnelt der Sensorbaugruppe 137 aus 3A. Jedoch unterscheidet sie sich von jener aus 3A in der Anzahl der Sensorelemente 1371. Die Sensorbaugruppe 137b aus 6A umfasst nur zwei Sensorelemente 1371, die sich jeweils im Wesentlichen über einen Kreisbogen von im Wesentlichen 180° erstrecken (in Umfangsrichtung betrachtet). Alternativ kann die Ausdehnung der Sensorelemente von 180° abweichen. Zwischen den Sensorelementen 1371 ist jeweils ein elektrischer Isolator 1372 in Form von elektrisch nicht leitendem Schaumstoff angeordnet. Die Ausdehnung der Sensorelemente 1371 ist dabei derart bemessen, dass sie zusammen mit den dazwischen liegenden elektrischen Isolatoren 1372 (in Umfangsrichtung betrachtet) 360° beschreiben. Die Sensorelemente 1371 erstrecken sich, im Querschnitt betrachtet (6B), jeweils über 360°.

Die in den 3A bis 6B abgebildeten Ausführungsformen umfassen unter anderem Sensorbaugruppen mit mehr als einem kapazitiven Sensorelement 1371. Diese sind nur beispielhaft zu verstehen. Die Anzahl, Form, Größe und Verteilung der einzelnen Sensorelemente 1371 innerhalb einer Sensorbaugruppe ist je nach Bedarf beliebig variierbar. So ist beispielsweise auch eine technisch sinnvolle Kombination von zwei oder mehr Ausführungsformen (beziehungsweise Teilen davon) möglich.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

  • DE 102011084903 A1 [0003]