DE10047770A1

DE10047770A1 - Rahmenstruktur, insbesondere Lehnenrahmen für einen Fahrzeugstuhl, umfassend wenigstens zwei Seitenholme und einen diese verbindenden oberen Querträger, jeweils aus Hohlprofilen

Info

Publication number: DE10047770A1
Application number: DE2000147770
Authority: DE
Inventors: Thomas Schober; Rudolf Lein
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2000-09-27
Filing date: 2000-09-27
Publication date: 2002-04-11
Also published as: DE50110016D1; EP1193119A1; ES2263537T3; EP1193119B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Rahmenstruktur, insbesondere einen Lehnenrahmen für einen Fahrzeugsitz oder -stuhl. Die Seitenholme und gegebenenfalls der diese verbindende obere Querträger des Lehnenrahmens sind aus hohlen Rohlingen durch das IHU-Verfahren (Innenhochdruckumformung) so ausgebildet, daß die zu erwartenden Biegemomente über die Länge dieser Teile annähernd konstant sind, so daß Träger gleicher Festigkeit gebildet sind. DOLLAR A Durch mit den IHU-Formwerkzeugen integrierte Stanzwerkzeuge können in einem integrierten Arbeitsgang auch erforderliche Öffnungen zur Aufnahme von Montageelementen ausgebildet werden.

Description

Lehnenrahmen herkömmlicher Fahrzeugstühle bestehen zum Beispiel aus einem Rohrrahmen aus einem gebogenen Rohrprofil gleichbleibenden Querschnittes. An den unteren Enden der beiden Seitenholme sind Beschläge für die Montage des Lehnenrahmens am Sitzteil des Fahrzeugstuhles vorgesehen. Der obere Querträger des Lehnenrahmens weist zwei in Breitenrichtung des Lehnenrahmens beabstan dete Durchgangsöffnungen zur Aufnahme von zwei Kopfstützenstreben auf. Der Rohrrahmen ist in ein Lehnenpolster eingebettet, welches den erforderlichen Sitz komfort bereitstellt.

Ein Nachteil derartiger herkömmlicher Lehnenrahmen ist, daß diese die Belastun gen aufnehmenden Elemente aus einem gebogenen Rohrprofil gebildet sind, das eine gleichbleibende Querschnittsform hat. Dieses ist an das größte zu erwartende, auf den Lehnenrahmen aufgebrachte Biegemoment angepaßt, welches im allge meinen im unteren Bereich der beiden Seitenholme auftritt. Das bedeutet, daß der Lehnenrahmen in allen anderen Bereichen hinsichtlich des aufzunehmenden Bie gemomentes überdimensioniert ist, so daß die Werkstoffausnutzung mit zunehmen der Lehnenhöhe immer schlechter wird. Dieses ist sowohl hinsichtlich der Material kosten als auch hinsichtlich des Gewichtes des Lehnenrahmens ungünstig.

Ein weiterer Nachteil wird darin gesehen, daß Adaptionsmöglichkeiten zum Anbau weiterer Strukturelemente durch zusätzliche Arbeitsschritte und gegebenenfalls mit zusätzlichen Anbauteilen geschaffen werden müssen (z. B. Anbringen von Bohrungen für Kopfstützenführungen, Schaffung von Anlageflächen für den Anbau von Motoren usw.).

Durch die DE 198 27 568 A1 ist bereits eine Rückenlehne für einen Fahrzeugstuhl bekannt, bei der der die Belastung aufnehmende Teil der Lehne aus einer ersten, in das Lehnenpolster eingebetteten Schale sowie einer mit dieser ersten Schale ver bundenen zweiten Schale besteht, wobei die Randbereiche der ersten und zweiten Schale zumindest abschnittsweise so gestaltet sind, daß sie zusammen wenigstens ein Hohlprofil bilden. Durch diese Ausgestaltung soll die Aufgabe gelöst werden, die Herstellungskosten und das Gewicht der Rückenlehne zu senken. Die Gewichtser sparnis wird hierbei insbesondere durch die Schalenbauweise allgemein erzielt, wobei jedoch die Frage der unterschiedlichen Materialausnutzung im oberen Be reich der Rückenlehne einerseits und im unteren Bereich andererseits nicht berück sichtigt ist. Es hat sich außerdem gezeigt, daß der Zusammenbau der ersten und zweiten Schale einen verhältnismäßig großen Montageaufwand erfordert, so daß diese Konstruktion auch im Hinblick auf die Montagekosten nicht optimal ist.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Rahmenstruktur der im Ober begriff des Anspruches 1 genannten Art zu schaffen, bei der mit einfachen Mitteln eine sehr gute Materialausnutzung gegeben ist, und die montagetechnisch günstig ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß wenigstens die Seiten holme als nach dem IHU-Verfahren (Innenhochdruckumformung) hergestellte Hohl profile ausgebildet sind, und daß sie bezogen auf die zu erwartende Belastung we nigstens annähernd als Träger gleicher Biegespannung ausgebildet sind.

Das IHU-Verfahren bietet vor allem für eine Massenfertigung gute Möglichkeiten, Träger gleicher Biegespannung herzustellen, indem Querschnittsprofil und Wand stärke dieses Trägers in Längsrichtung desselben an die zu erwartenden Biege spannungen angepaßt werden. Da das Problem einer schlechten Materialausnut zung vor allem bei den Seitenholmen auftritt, werden vor allem diese als Träger gleicher Biegespannung ausgebildet. Der obere Querträger ist in dieser Hinsicht weniger kritisch, so daß dieser auch einen über seine Länge gleichbleibenden Quer schnitt haben kann.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der obere Querträger mit den Seitenholmen einstückig ausgebildet. Er kann jedoch in einer anderen Ausgestaltung der Erfin dung auch als von den Seitenholmen getrenntes Teil hergestellt und an diese mon tiert sein.

Da, wie weiter vorne dargelegt, der obere Querträger hinsichtlich eines über seine Längenausdehnung veränderlichen Biegemomentes weniger kritisch ist, kann er im allgemeinen ein über seine Länge gleichbleibendes Querschnittsprofil haben. In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann jedoch auch der obere Querträger nach dem IHU-Verfahren im Sinne einer über seine Länge annähernd gleichen Bie gespannung ausgebildet sein.

Ein wesentlicher Vorteil des IHU-Verfahrens im Zusammenhang mit der vorliegen den Erfindung wird darin gesehen, daß dieses die Möglichkeit bietet, Adaptions möglichkeiten für den Anbau weiterer Bauelemente mit in die Form für das IHU- Verfahren integrierten Werkzeugen geschaffen werden können. Beispielsweise können Durchgangslöcher für die Aufnahme von Kopfstützenstreben durch in die Form einfahrbare Stanzwerkzeuge geschaffen werden, wie allgemein bekannt ist. Anbauflächen zum Anbringen von Bauteilen können durch eine entsprechende Ges taltung der Formen für das IHU-Verfahren geschaffen werden, wie ebenfalls be kannt ist. Das zu verformende Bauteil läßt sich deshalb im allgemeinen mit einem einzigen integrierten Arbeitsgang herstellen, wie anhand eines Ausführungsbeispiels noch näher erläutert wird.

Für verstellbare Rückenlehnen ist gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung vorge sehen, daß die Seitenholme an ihrem unteren Ende ein wenigstens eine äußere Montagefläche für den Anbau eines Lehnenverstellantriebes bildendes Quer schnittsprofil haben. Diese Montagefläche wird bei der IHU-Verformung durch eine entsprechende Innenfläche beim Formwerkzeug gebildet.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, daß die Seitenholme in ihrem in Längsrichtung mittleren Bereich ein an die menschliche Rückenkontur angepaßtes Querschnittsprofil mit einer zu einer vertikalen Symmet rieebene des Lehnenrahmens schräg stehenden Stützfläche haben. Auf diese Wei se läßt sich mit geringem Konstruktions- und Fertigungsaufwand eine gute Ab stützung und Seitenführung für den Benutzer des Fahrzeugstuhles erreichen.

Falls der Lehnenrahmen aus zwei Seitenholmen und einem getrennt hergestellten oberen Querträger zusammengebaut wird, ist in weiterer Ausgestaltung der Erfin dung vorgesehen, daß die Seitenholme an ihrem oberen Ende ein für den Zusam menbau mit dem oberen Querträger angepaßtes Querschnittsprofil haben, und daß der obere Querträger seinerseits an seinen beiden Enden je ein für den Zusam menbau mit einem der beiden Seitenholme angepaßtes Querschnittsprofil hat.

Bei einer Konstruktion, bei der der Lehnenrahmen auf am Sitzteil des Stuhls ange ordnete Lehnenschwerter aufgesteckt wird, ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die Seitenholme in ihrem unteren Endbereich jeweils einen Einsatz mit einer an die Innenkontur des Seitenholmes angepaßten Außen kontur und mit einer zur formschlüssigen Aufnahme des Lehnenschwertes ausge bildeten Innenkontur aufnehmen.

Ein Verfahren zur Herstellung einer Rahmenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 5 sieht erfindungsgemäß folgende Verfahrensschritte vor:
ein Rohling für jedes nach dem IHU-Verfahren zu verformende Teil wird bereitge stellt;
der Rohling wird in eine den Außenkonturen des Teils entsprechende Form einge legt und durch Aufbringen eines Innendruckes verformt;
durch mit der Form integrierte Stanzwerkzeuge werden die Öffnungen zur Auf nahme von Montageelementen in die Teile gestanzt.

Durch das beschriebene Verfahren können die Komponenten der Rahmenstruktur, wie beispielsweise Seitenholm oder oberer Querträger, durch in das Formwerkzeug integrierte Bearbeitungswerkzeuge in einem Werkzeugkomplex fertig bearbeitet werden.

In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß als Rohlinge Strangziehprofile mit an die Endform der Teile angepaßter, über die Länge der Teile veränderlicher Querschnittsformen und Wandstärke verwendet werden. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, daß nach dem IHU-Verfahren die durch den Materialstreckvorgang veränderten Wandstärken des fertigen Teils die gewünschten Werte aufweisen, die die Bedingung des Trägers gleicher Biege spannung erfüllen.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch in einer Seitenansicht den Verlauf des Biegemomentes und der Biegespannung bei einem herkömmlichen Lehnenrahmen;

Fig. 2 in einer Darstellung ähnlich der Fig. 1 den Verlauf des Biegemomentes und der Biegespannung bei einem erfindungsgemäßen Lehnenrahmen;

Fig. 3 einen Lehnenrahmen in einer Seitenansicht;

Fig. 4 einen Lehnenrahmen gemäß der Fig. 3 in einer Vorderansicht;

Fig. 5 zwei Schnitte durch einen Lehnenrahmen gemäß den Fig. 3 und 4 ent lang den Schnittlinien A-A und B-B;

Fig. 6 eine Einzelheit eines Lehnenrahmens im Verbindungsbereich zwischen Seitenholm und oberem Querträger;

Fig. 7 schematisch eine Einzelheit zur Befestigung eines Seitenholms am Sitz teil eines Fahrzeugstuhls.

Der in Fig. 1 schematisch dargestellte Fahrzeugstuhl besteht in an sich bekannter Weise aus einem Sitzrahmen 2 (eine Polsterung wurde fortgelassen), der über Pa rallel-Lenker 4 höhenverstellbar an einer Basisstruktur 6 angelenkt ist. Die aus dem Sitzrahmen 2, den Parallel-Lenkern 4 und der Sitzschiene 6 bestehende Einheit ist, wie nicht im einzelnen dargestellt wurde, nach vorne und hinten verstellbar auf dem Fahrzeugboden gelagert. Eine über den hinteren Parallel-Lenker 4 hinausgehende Verlängerung des Sitzrahmens 2 trägt eine Rückenlehne 8, die in ebenfalls nicht näher dargestellter Weise um eine Schwenkachse 10 nach vorne oder hinten ge neigt und in jeder Stellung arretiert werden kann.

Fig. 1 läßt in sehr vereinfachter Weise den Verlauf des auf die Rückenlehne 8 wir kenden Biegemomentes M_b(x) sowie der auf die Seitenholme wirkenden Biege spannung σ_b(x) erkennen. Da die Hauptkräfte im normalen Betrieb und auch im Crashfall im oberen Bereich der Sitzlehne 8 angreifen, ist das Biegemoment M_b(x) am unteren Ende des Lehnenrahmens am größten und nimmt nach oben zu linear ab. Bei herkömmlichen Lehnenrahmen mit Seitenholmen, deren Querschnitt über die Lehnenhöhe unveränderlich ist, ist auch die Biegespannung σ_b(x) im unteren Bereich des Lehnenrahmens am größten und nimmt ebenfalls nach oben zu linear ab, woraus folgt, daß die Materialausnutzung im oberen Teil des Lehnenrahmens schlecht ist.

Fig. 2 zeigt eine Ansicht ähnlich der Fig. 1, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugs zeichen versehen sind. Wie die Fig. 2 erkennen läßt, sind die Seitenholme, von de nen in Fig. 2 nur ein dem Betrachter zugewandter Seitenholm 12 sichtbar ist, nach oben zu verjüngt. Gemäß der Erfindung verändern sich die Querschnittsform und/oder die Wandstärke des Seitenholms 12 so, daß die Biegespannung σ_b(x) über die Höhe der Rückenlehne im wesentlichen konstant bleibt, so daß eine optimale Materialausnutzung gegeben ist. Die Formgebung der Seitenholme (und gegebe nenfalls auch des oberen Querträgers) erfolgt durch das sogenannte IHU-Verfahren, welches es in relativ einfacher Weise erlaubt, die Querschnittsform und die Wand stärke des Seitenholmes über die Höhe der Rückenlehne innerhalb der Werkstoff grenzen mit großer Gestaltungsfreiheit zu fertigen.

Fig. 3 zeigt eine Rückenlehne 20 in einer Seitenansicht, wobei wiederum nur der dem Betrachter zugewandte Seitenholm 22 zu sehen ist. Der Seitenholm 22 ist von unten nach oben verjüngt und hinsichtlich seiner Wandstärke so gestaltet, daß er die Bedingung einer im wesentlichen gleichbleibenden Biegespannung über die Lehnenhöhe erfüllt.

Fig. 4 zeigt die Rückenlehne 20 der Fig. 3 in einer Ansicht von vorn; sie besteht im wesentlichen aus den beiden Seitenholmen 22, 24 sowie dem diese verbindenden oberen Querträger 26. Die Seitenholme 22, 24 und der obere Querträger 26 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel einstückig ausgebildet.

Fig. 5 zeigt zwei Schnitte A-A und B-B gemäß den Fig. 3 und 4. Wie die Fig. 5 er kennen läßt, sind die Seitenholme in ihrem unteren Bereich (Schnitt A-A) so profi liert, daß sie jeweils eine Anbaufläche 28 für den Anbau eines Verstellmechanismus 30 bilden. Im Bereich des Schnittes B-B sind die Seitenholme so geformt, daß sie jeweils eine Anlagefläche 32 bilden, die der menschlichen Rückenkontur 34 ange paßt ist.

Fig. 6 zeigt eine andere Ausgestaltung einer Rückenlehne 40 im Bereich einer durch einen Seitenholm 42 und den oberen Querträger 44 gebildeten Ecke. Wie Fig. 6 erkennen läßt, sind der Seitenholm 42 und der obere Querträger 44 als getrennte Bauteile hergestellt und beispielsweise durch das IHU-Verfahren geformt. Dabei haben der Seitenholm 42 in seinem oberen Bereich und der obere Querträger 44 in seinem diesem zugeordneten Endbereich jeweils eine Querschnittsform, die eine Steckverbindung zwischen Seitenholm 42 und oberem Querträger 44 erlauben.

Fig. 7 zeigt ein Beispiel für den Anbau eines Seitenholms 50 an einen Sitzrahmen 52. Der Sitzrahmen 52 hat in seinem hinteren Bereich nach oben abstehende Leh nenschwerter, von denen wiederum nur ein dem Betrachter zugewandtes Lehnen schwert 54 zu sehen ist. Die Lehnenschwerter sind mit einem Verstellmechanismus verbunden, welcher ein Neigen dieser Lehnenschwerter nach vorne oder hinten sowie eine Arretierung derselben in jeder Stellung erlaubt. Die Seitenholme (von denen in Fig. 7 nur ein dem Betrachter zugewandter Seitenholm 50 zu sehen ist) sind an ihrem unteren Ende offen. In das untere Ende eines jeden Seitenholms ist ein Adapterteil 56 beispielweise aus einem Kunststoffmaterial eingepreßt, dessen Innenkontur 58 der Außenkontur des Lehnenschwertes 55 entspricht. Der Seiten holm 50 kann auf das Lehnenschwert 54 aufgesteckt und beispielsweise durch Schrauben mit diesem verbunden werden.

Claims

1. Rahmenstruktur, insbesondere Lehnenrahmen für einen Fahrzeugstuhl, umfas send wenigstens zwei Seitenholme und einen diese verbindenden oberen Quer träger aus Hohlprofilen, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die Seiten holme (22, 24) als nach dem IHU-Verfahren hergestellte Hohlprofile ausgebildet sind, und daß sie bezogen auf die zu erwartende Belastung wenigstens annä hernd als Träger gleicher Biegespannung ausgebildet sind.

2. Rahmenstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Querträger (26) mit den Seitenholmen (22, 24) einstückig ausgebildet ist.

3. Rahmenstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Querträger (44) als von den Seitenholmen (42) getrenntes Teil ausgebildet und an diese montiert ist.

4. Rahmenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Querträger (26, 44, 62) nach dem IHU-Verfahren verformt ist.

5. Rahmenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenholme (22, 24) an ihrem unteren Ende ein wenigstens eine äußere Montagefläche für den Anbau eines Lehnenverstellantriebes (30) bildendes Querschnittsprofil haben.

6. Rahmenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenholme (22, 24) in ihrem in Längsrichtung mittleren Bereich eine an die menschliche Rückenkontur (34) angepaßtes Querschnittsprofil mit einer zu einer vertikalen Symmetrieebene (25) des Lehnenrahmens (20) schräg stehen den Stützfläche (32) haben.

7. Rahmenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenholme (42) an ihrem oberen Ende ein für den Zusammenbau mit dem oberen Querträger (44) angepaßtes Querschnittsprofil haben, und daß der obere Querträger (44) seinerseits an seinen beiden Enden je ein für den Zusam menbau mit einem der beiden Seitenholme (42) angepaßtes Querschnittsprofil hat.

8. Rahmenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenholme (50) in ihrem unteren Endbereich jeweils einen Einsatz (56) mit einer an die Innenkontur des Seitenholms (50) angepaßten Außenkontur und mit einer zur formschlüssigen Aufnahme eines am Sitzteil (52) des Stuhls ange ordneten Lehnenschwertes (54) ausgebildeten Innenkontur aufnehmen.

9. Rahmenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenholme und der obere Querträger (62) jeweils gestanzte Öffnungen (72) zur Aufnahme von Montageelementen aufweisen.

10. Verfahren zur Herstellung einer Rahmenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
ein Rohling für jedes nach dem IHU-Verfahren zu verformende Teil wird bereitgestellt;
der Rohling wird in ein den Außenkonturen des Teils entsprechendes Form werkzeug (60) eingelegt und durch Aufbringen eines Innendruckes verformt;
durch mit dem Formwerkzeug integrierte Stanzwerkzeuge (68) werden Öff nungen (72) zur Aufnahme von Montageelementen in die Teile gestanzt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Rohlinge Strangziehprofile mit an die Endform der Teile angepaßter, über die Länge der Teile veränderlicher Querschnittsform und Wandstärke verwendet werden.