DE4208150A1

DE4208150A1 - Rueckenlehne fuer einen fahrzeugsitz

Info

Publication number: DE4208150A1
Application number: DE19924208150
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dr Mehn; Florian Seidl
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1992-03-13
Filing date: 1992-03-13
Publication date: 1993-09-16

Description

Die Erfindung betrifft eine Rückenlehne für einen Fahr zeugsitz gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es sind bereits Rückenlehnen für Fahrzeugesitze bekannt, bei denen die Tragstruktur aus zwei Metallprofilen be steht. Die unteren Enden der Trägerprofile sind an einer rohrförmigen Drehachse befestigt. Ferner kann an der Tragstruktur zumindest der Gurtaufroller befestigt sein. Aufgrund der Verwendung von metallischen Werkstoffen er gibt sich ein hohes Gewicht des Fahrzeugsitzes. Ferner besteht ein solcher Sitz aus einer großen Anzahl von Bau teilkomponenten, so daß sich ein hoher Fertigungs-, Füge- und Montageaufwand ergibt. Durch eine ungünstige Ausle gung der Verbindung zwischen den beiden Trägerprofilen kann es zu einer einseitigen Lastverteilung auf die Trä ger und damit auf die Verstellaggregate bei einem Crash fall kommen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Rückenlehne für einen Fahrzeugsitz zu schaffen, der bei einer hohen Festigkeit und Steifigkeit ein geringes Gewicht aufweist.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Rückenlehne durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 ge löst.

Durch die Verwendung von faserverstärktem Kunststoff ist eine extreme Leichtbauweise möglich, die zu einer Ge wichtsreduzierung von ca. 30% im Vergleich zu einer ent sprechenden, gleich steifen und festen Metallstruktur führt. Die Gewichtseinsparung ergibt sich aus den durch die Verwendung von faserverstärkten Kunststoffen erwei terten Möglichkeiten der Formgestaltung. So werden hohe Umformgrade genutzt und Mehrfach-Funktionen durch Bau teilintegration realisiert. Die hohe Steifigkeit und Fe stigkeit der Tragstruktur der erfindungsgemäßen Rücken lehne ergibt sich dadurch, daß die beiden Biegeträger über Quer- und/oder Diagonalträger so miteinander verbun den sind, daß eine ausgeglichene Belastung der beiden Biegeträger erreicht wird. Insbesondere bei der Verwen dung der erfindungsgemäßen Rückenlehne bei einem Liege sitz können für die Lehnenbeschläge und Verstellvorrich tungen gleich groß dimensionierte Bauteile eingesetzt werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird an einem obe ren Ende eines Biegeträgers ein integrierter Sicher heitsgurt, beispielsweise über einen Gurtklemmer geführt. Das Ende des Sicherheitsgurtes ist beispielsweise auf einen Gurtaufroller aufgerollt, der sich vorzugsweise im Inneren der Rückenlehne befindet. Im Crashfall wirken an der Gurtaustrittsöffnung die Gurtkräfte auf den Biegeträ ger. In einer anderen Ausführungsform kann zusätzlich an dem mit dem Gurt versehenen Biegeträger eine Kopfstütze in Form eines freitragenden Querträgers ausgebildet sein. In einer anderen Ausführungsform ist diese Kopfstütze am gegenüberliegenden Biegeträger ausgebildet. Die Kopf stütze kann auch durch einen sich zwischen den beiden Biegeträgern erstreckenden Querträger gebildet sein. In einer anderen Ausführungsform ist der Träger für die Kopfstütze zwischen den beiden Biegeträgern an einem die beiden Biegeträger verbindenden Träger integriert. Bei der Verwendung von Vier-Punkt-Gurten, sogenannten Hosenträ gergurten, können beide Biegeträger an ihrem oberen Ende mit jeweils einem Gurt versehen sein.

Die Träger bestehen aus geschlossenen, dünnwandigen Hohl profilen, wobei die Querschnittsform der Hohlprofile ent sprechend der Belastung eine über die Länge der Träger sich ändernde Form aufweisen. In einer anderen Ausfüh rungsform sind die Träger aus Hohlprofilen mit einem gleichen Querschnitt aufgebaut. Zur Erreichung einer aus reichenden Festigkeit und Steifigkeit sind an den beson ders belasteten Stellen Verstärkungen in Form von Einle geteilen und/oder Wanddicken-Erhöhungen vorgesehen. Diese Maßnahmen sind auch bei der Ausführungsform mit den sich ändernden Querschnittsformen möglich. Solche besonders belasteten Stellen sind beispielsweise die Knotenberei che, in denen die einzelnen Träger miteinander verbunden sind. Die Verstärkungsteile können Voll- oder Halbrippen sein, die als Quer- oder als Diagonalschotte angeordnet sind. Die Befestigung der Verstärkungsteile erfolgt durch die bekannten Verbindungstechniken wie Schweißen oder Kleben. In einer anderen Ausführungsform werden die Ver stärkungsteile durch Einspritzen hergestellt. Neben einer partiellen Erhöhung der Wanddicke können stützende Schaumteile in den Hohlprofilen und insbesondere in den Knoten eingesetzt sein. Ferner werden abrupte Übergänge durch die Ausbildung von lastabmindernden Eckradien ver mieden.

In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Träger in zweischaliger Bauweise ausgeführt. Eine Halbschale bildet die Rückseite der Lehne. Die Vorderseite der Rückenlehne wird durch profilierte Halbschalen gebildet, deren Formen so aufeinander abgestimmt sind, daß ein ebenes oder räum liches Balkentragwerk entsteht.

Die Herstellung der Halbschalen erfolgt in einer Ausfüh rungsform durch das Laminieren faserverstärkter Duropla sten auf Laminierformen. In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform werden Halbschalen aus faserverstärkten Thermoplasten durch Thermoumformen hergestellt, wobei die Thermoplaste bereits als vorkonfektionierte Halbzeuge vorliegen können. Die Verwendung von glasfaserverstärkten Thermoplasten hat den Vorteil, daß gebrauchte Rückenleh nen wiederverwertbar sind. Zu diesem Zweck werden Rücken lehnen zerkleinert, granuliert und im Spritzgußverfahren als Thermoplast mit Kurzfaserverstärkung wieder einge setzt.

Ein belastungsgerechter Aufbau der Laminate wird durch die Anwendung einzelner oder aller nachfolgenden Maßnah men erreicht: durch eine Endlosfaserverstärkung, durch eine belastungsgerechte Faserorientierung der einzelnen Schichten des Faserverbundwerkstoffes zur Trägerlängs richtung entsprechend dem in dem jeweiligen Träger vor herrschenden Kraftfluß, wobei die Faserorientierung vor zugsweise die folgenden Winkel aufweist: 0°, + α, - α und der Winkel α zwischen 15° und 45° liegt, durch anisotrope Materialeigenschaften, durch Wandstärken von 2 bis 3,5 mm, wobei sich die Laminatdicke aus der Wahl der Einzel schichtdicke und der Anzahl der Einzelschichten ergibt und schließlich durch einen Faservolumenanteil von ca. 50 bis 60%.

Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen beispielshalber beschrieben. Dabei zei gen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Rückenlehne, bei der zwei Biegeträger durch einen Querträger und einen Diagonalträger miteinander verbunden sind,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer Rückenlehne, bei der zwei Biegeträger durch einen Querträger miteinander verbunden sind,

Fig. 3 eine Schnittansicht der in der Fig. 1 gezeig ten Ausführungsform längs der Linie III-III,

Fig. 4 eine Schnittansicht der in der Fig. 1 gezeig ten Ausführungsform längs der Linie IV-IV,

Fig. 5 eine Schnittstelle der in der Fig. 2 gezeigten Ausführungsform längs der Linie V-V,

Fig. 6a eine vergrößerte Darstellung einer ersten Aus führungsform eines Laminatquerschnittes, insbe sondere für eine die Rückseite bildende Halb schale,

Fig. 6b eine vergrößerte Darstellung einer zweiten Aus führungsform eines Laminatquerschnittes, insbe sondere für eine einen Biegeträger bildende Halbschale,

Fig. 6c eine vergrößerte Darstellung einer dritten Aus führungsform eines Laminatquerschnittes,

Fig. 7 bis 13 perspektivische Ansichten verschiedener Ausfüh rungen von Verstärkungen im Knotenbereich und

Fig. 14 ein Diagramm, aus dem die Belastbarkeit einzel ner Bereiche der Rückenlehne ersichtlich ist.

Die Fig. 1 zeigt eine Rückenlehne 1 eines Sitzes für ein Fahrzeug, deren Tragstruktur 2 aus einem faserverstärkten Kunststoff besteht. Die Tragstruktur 2 wird durch zwei Biegeträger 3 und 4 gebildet, die einen geschlossenen, dünnwandigen Hohlquerschnitt aufweisen. Am oberen Ende 5 des Biegeträgers 3 ist der Austrittspunkt 6 eines Gurtes 7 abgebildet. Bei einem Crashfall greifen an diesem Aus trittspunkt 6 die durch Pfeile symbolisierten Kräfte F_z, F_y, F_x an. Oberhalb des Austrittspunktes 6 schließt sich ein Querträger 8 an, der als tragendes Teil für eine Kopfstütze dient. Unterhalb des Austrittspunktes 6 ist der Biegeträger 3 über einen weiteren Querträger 9 mit dem Biegeträger 4 verbunden. An dieser Stelle, die einen Knoten 10 bildet, schließt sich ein Diagonalträger 11 an, der beispielsweise unter einem Winkel zwischen 20 und 45° nach unten geneigt ist und an einem weiteren Knoten 12 mit dem Biegeträger 4 verbunden ist.

Wie aus der Fig. 1 und den Schnitten der Fig. 3 und 4 ersichtlich ist, weisen die Biegeträger 3 und 4 eine sich ändernde Querschnittsform 14 und 15 auf. Wie aus den Fig. 3 und 4 ferner hervorgeht, ist die Rückseite 16 der Rückenlehne 1 durch eine Halbschale 17 gebildet. Die Vor derseite 18 der Rückenlehne 1 besteht aus profilierten Halbschalen 19, 20, 21. Die Halbschalen weisen Ränder 22 und 23 auf, die an der Halbschale 17 befestigt sind. Zur Reduzierung der Breitenabmessung der Rückenlehne 1 sind diese Ränder 22, 23 in einer anderen Ausführungsform nach innen abgewinkelt und an den entsprechenden Rändern 24, 25 der Halbschale 17 befestigt. Die Halbschale 17 besteht in der in den Fig. 3 und 4 gezeigten Ausführungsform aus unterschiedlichen Laminaten 17a, 17b, die entspre chend den in den Fig. 6a und 6c gezeigten Aufbau ha ben. Die Laminate 17a sind an den Außenrändern der Rücken lehne 1 gegenüber den Halbschalen 19 und 20 angeord net. Das Laminat 17b verbindet die beiden Laminate 17a. In einer anderen Ausführungsform liegt nur gegenüber dem lastseitigen Biegeträger 3 ein Laminat 17a mit dem in der Fig. 6a gezeigten Aufbau vor, während die restliche Halbschale 17 aus dem in der Fig. 6c abgebildeten Lami nat besteht.

Die Ausführungsform der Fig. 2 unterscheidet sich von der in der Fig. 1 gezeigten Ausführungsform dadurch, daß die beiden Biegeträger 3 und 4 nur durch einen Querträger 26 miteinander verbunden sind, wobei der Querträger 26 einen größeren Querschnitt als der Querträger 9 der in der Fig. 1 gezeigten Ausführungsform aufweist. In dem Knoten 13, über den der Querträger 26 mit dem Biegeträger 4 verbunden ist, wird die Struktursteifigkeit und Struk turfestigkeit durch die Integration eines stützenden Schaumteiles 27 erhöht, wie dies aus der Fig. 5 ersicht lich ist. Eine weitere Verstärkung wird durch die beid seitige Befestigung jeweils einer Rippe 28 und 29 zwi schen der Halbschale 17 und einer profilierten Halbschale 30, die den Querträger 26 bildet, erreicht.

Die Fig. 6a bis 6c zeigen Querschnitte von Laminaten zur Herstellung von Halbschalen. Die Laminate sind aus einzelnen Schichten aufgebaut. Die Fasern der einzelnen Schichten sind jeweils belastungsgerecht zueinander ori entiert. Vorzugsweise sind die Fasern der einzelnen Schichten entsprechend den in den Fig. 6a bis 6b ange gebenen Winkeln zueinander ausgerichtet, wobei die Winkel auf die Trägerlängsrichtung entsprechend dem in dem je weiligen Träger vorherrschenden Kraftfluß bezogen sind. Bevorzugte Winkel sind demnach 0°, + α und - α. Die ein zelnen Faserorientierungen sind symmetrisch zur Mitte "M" des Laminats angeordnet, wobei bevorzugt an den Außen schichten die Fasern parallel zur Längsrichtung des Trä gers verlaufen, d. h. α = 0°.

In einer in der Fig. 6a gezeigten Ausführungsform eines Laminats, das insbesondere für die die Rückseite 16 bil dende Halbschale 17 einsetzbar ist, weisen die zehn Ein zelschichten 31 bis 40 die nachfolgende Faserorientierung auf, wobei "α" ein Winkel zwischen 15 und 45° zur Träger längsrichtung ist. Als besonders günstig wurde ein Winkel "α" von ca. 30° ± 5° ermittelt. Die Aufzählung der Winkel beginnt mit einer äußeren Schicht: 0°, + α, 0°, - α, 0°, ("M"), 0°, - α, 0°, + α, 0°.

In einer in der Fig. 6b gezeigten Ausführungsform eines Laminats, das insbesondere für die vordere Halbschale 19 zur Herstellung eines Biegeträgers 3 verwendbar ist, sind 14 Einzelschichten vorgesehen, die die nachfolgenden Win kel für die Faserorientierung aufweisen: 0°, 0°, 0°, + α, 0° - α, 0°, ("M"), 0°, - α, 0°, + α, 0°, 0°, 0°.

In einer in der Fig. 6c gezeigten dritten Ausführungs form eines Laminats, das insbesondere für die Halbschalen 17, 20, 21, 30 eingesetzt wird, liegen zehn Einzelschich ten mit der nachfolgenden, jeweiligen Faserorientierung vor: + α, - α, + α, - α, 0°, ("M"), 0°, - α, + α, - α, + α.

Bei einer höheren oder niedrigeren Belastung der Laminate werden entsprechend mehr oder weniger Einzelschichten eingesetzt, deren Dicken ebenfalls variierbar sind.

Die Fig. 7 bis 13 zeigen weitere Verstärkungsmaßnahmen zur Steigerung der Strukturfestigkeit und Strukturstei figkeit in den Knotenbereichen, insbesondere im Knoten 13. In der Fig. 7 ist eine Vollrippe 41 in den Knoten als Querschott eingefügt, die beispielsweise einen L- Querschnitt aufweist. In der Fig. 8 ist die Vollrippe 41 durch zwei Halbrippen 42, 43 ersetzt. In der Fig. 9 weist die Halbrippe 44 einen rechteckförmigen Querschnitt auf und ist in Längsrichtung "Y" des Biegeträgers ange ordnet. Die Fig. 10 und 11 zeigen die Integration von Diagonalschotten 45; 46 und 47, die zum einen als Voll rippe 45 und zum anderen als Halbrippen 46 und 47 ausge bildet sind. Der Knoten der Fig. 12 ist durch ein stützendes Schaumteil 48 gebildet, das beispielsweise den Querträger 26 mit dem Biegeträger 4 verbindet. Beim Kno ten der Fig. 13 wurde die Wanddicke erhöht.

Die Fig. 14 zeigt ein Diagramm, aus der die Verformung einzelner Stellen und Bereiche der in der Fig. 1 gezeig ten Rückenlehne 1 unter Crashlast ersichtlich ist. Selbst ein partielles Versagen der Knoten 12 oder 13 am Biege träger 4 führen weder zu einem Versagen des kompletten Bauteils unterhalb der Auslegelast noch zu einer Über schreitung der zulässigen Verformung.

Claims

1. Rückenlehne für einen Fahrzeugsitz, mit einer Tragstruktur aus mindestens zwei Biegeträgern, da durch gekennzeichnet, daß die Tragstruktur (2) aus einem faserverstärkten Kunststoff besteht, daß die beiden Biegeträger (3, 4) mindestens über einen Querträger (9, 26) und/oder mindestens über einen Diagonalträger (11) so miteinander verbunden sind, daß auch bei einer einseitigen Belastung eines Bie geträgers (3, 4) der andere Biegeträger (3, 4) die Belastung mitträgt.

2. Rückenlehne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einem Biegeträger (3, 4) ein Gurt (7) integriert ist.

3. Rückenlehne nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an mindestens einem oberen Ende (5) eines Biegeträgers (3) ein Querträger (8) für eine Kopfstütze ausgebildet ist.

4. Rückenlehne nach einem oder mehreren der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Träger (3, 4, 8, 9, 11) als geschlossene, dünnwan dige Hohlquerschnitte ausgebildet sind.

5. Rückenlehne nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlprofile durch das Fügen von profilierten Halbschalen (17, 19, 20, 21, 30) gebildet sind.

6. Rückenlehne nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbschalen (17, 19, 20, 21, 30) aus faser verstärkten Duroplasten hergestellt sind.

7. Rückenlehne nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbschalen (17, 19, 20, 21, 30) aus faser verstärkten Thermoplasten bestehen, die insbesondere durch das Thermoumformen vorkonfektionierter Halbzeuge hergestellt sind.

8. Rückenlehne nach einem oder mehreren der vorherge henden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß ein belastungsgerechter Aufbau der Halbschalen (17, 19, 20, 21, 30) erreicht wird durch eine Endlosfaserver stärkung und/oder durch eine Faserorientierung unter jeweils einem geeigneten Winkel zur Trägerlängsrich tung entsprechend dem in den einzelnen Trägern (3, 4; 9, 11, 26) vorherrschenden Kraftfluß und/oder durch anisotrope Materialeigenschaften des Faserver bundwerkstoffes und/oder durch eine Wandstärkenerhö hung entsprechend der Belastung, wobei sich der La minataufbau aus der Wahl der jeweiligen Einzel schichtdicke und der Anzahl der Einzelschichten er gibt und/oder durch einen Faservolumenanteil von 50 bis 60%.

9. Rückenlehne nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Faserorientierungen der Einzel schichten (31 bis 40) eines Laminats für eine Halb schale (17, 19, 20, 21, 30) symmetrisch und spiegel bildlich zur Mitte "M" des Laminats verlaufen, daß die Faserorientierungen durch Längsfasern parallel zur Längsachse des jeweiligen Trägers oder durch nach links oder nach rechts verlaufende Diagonalfa sern gebildet sind, wobei der Faserwinkel "α" 15 bis 45° und insbesondere 30° beträgt.

10. Rückenlehne nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Laminat für eine Halbschale (17, 17a) aus Einzelschichten (31 bis 40) besteht, bei der die außenliegenden Schichten (31, 40) zur Trägerlängs richtung einen Winkel von 0°, die sich jeweils daran anschließende Schicht (32, 34) zur Mitte "M" hin un ter einem Winkel von + α, die jeweils nachfolgende Schicht (33, 38) einen Winkel von 0°, die jeweils darauf folgende Schicht (34, 37) einen Winkel von - α und die mittleren Schichten (35, 36) einen Winkel von jeweils 0° zur Trägerlängsrichtung "Y" aufwei sen.

11. Rückenlehne nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Laminat, insbesondere zur Herstellung der Halbschale (19), eine Faserorientierung der Einzel schichten mit den nachfolgenden Winkeln aufweist:
0°, 0°, 0°, + α, 0°, - α, 0°, 0°, - α, 0°, +α, 0°, 0°, 0°.

12. Rückenlehne nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Laminat, insbesondere zur Herstellung der Halbschalen (17, 17b, 20, 21, 30), eine Faserorien tierung der Einzelschichten mit den nachfolgenden Winkeln aufweist:
+ α, - α, + α, - α, 0°, 0°, - α, + α, - α, + α.

13. Rückenlehne nach einem oder mehreren der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beson ders belastete Bereiche, insbesondere die als Knoten (10, 12, 13) ausgebildeten Verbindungsstellen der einzelnen Träger, verstärkt sind durch eine bean spruchungsgerechte Integration von Vollrippen (41, 45) oder Halbrippen (42, 43; 46, 47), die als Quer- oder Diagonalschotte eingefügt sind und/oder durch eine partielle Erhöhung der Wanddicke und/oder durch ein stützendes Schaumteil (48) und/oder durch eine lastabmindernde Ausführung der Eckradien.

14. Rückenlehne nach einem oder mehreren der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbschale (17) die hintere Verkleidung zum Fond bildet und daß an den vorderen Halbschalen (19, 20, 21, 30) das Rückenpolster und ggf. das Polster für die Kopfstütze befestigt ist.