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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich auf Fahrzeug-Sitzrahmen.
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2. Stand der Technik
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Fahrzeug-Sitzrahmen
sind ausgebildet, um unterschiedlichen statischen und dynamischen
Belastungskriterien zu widerstehen. Beispielsweise muss ein Sitzlehnenrahmen
für einen
Fahrzeugrücksitz
häufig
den Rücken
eines Insassen abstützen
und gleichzeitig eine Wand zwischen einem Insassenabteil und einem
Stauabteil wie einem Kofferraum bilden. Deshalb werden Sitzlehnenrahmen
für Rücksitze
oft ausgebildet, um während
der Fahrt einer verstauten Last ausgesetzt werden zu können. Zusätzlich werden
Fahrzeugsitz-Lehnenrahmen
für Fahrzeugrücksitze
oftmals mit dem Fahrzeugkörper schwenkbar
verbunden, um Zugang zum Ladeabteil zu schaffen und es zu ermöglichen,
dass sich verstaute Ladung in das Insassenabteil erstreckt. Deshalb
bildet eine rückwärtige Oberfläche der
Fahrzeugsitzlehne einen Bereich des Ladebodens und werden Sitzlehnenrahmen
für Fahrzeugrücksitze
oft so ausgebildet, dass auf einer hinteren Oberfläche der
Sitzlehne eine Last abstützbar
ist. Zusätzlich
wird ein Rücksitz-Lehnenrahmen
zum Aufnehmen und Absorbieren unterschiedlicher dynamischer Lasten wie
einem Aufprall von vorne oder von hinten ausgebildet.
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Rücksitz-Lehnenrahmen
können
als Option so ausgebildet sein, dass sie sich quer über eine Rücksitzreihe
erstrecken (Volllehne oder 100%-Lehne). Optional können Rücksitz-Lehnenrahmen auch als
unterteilte Lehnenrahmen ausgebildet werden. Unterteilte Rahmen
sind allgemein so unterteilt, dass sie eine Sitzlehne für einen
Insassen und eine andere Sitzlehne für zwei Insassen umfassen, wobei
solche Konfigurationen auch als 60/40-Sitzlehne bezeichnet werden, worin der
Rahmen unterteilt ist in einen Rahmen, der annähernd 60% der Sitzlehne einnimmt, und
einen Rahmen, der in etwa 40% der Sitzlehne einnimmt. Um dem Designkriterium
gerecht zu werden und die gewünschten
Sitzoptionen bereitstellen zu können,
werden Fahrzeugsitz-Lehnenrahmen für Fahrzeugrücksitze oft mit einem geschlossenen
oder offenen Stahlprofil ausgebildet, um eine hohe Steifigkeit und einen
hohen Elastizitätsmodul
zu erzielen, der solchen Belastungen widersteht. Die Stahlrahmen
sind häufig
geschweißt,
um den Sitzlehnenrahmen zu bilden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung offenbart einen Fahrzeugsitz mit einem Stahlrahmenbereich
für eine
Sitzlehne, mit einem oberen Querglied, einem Zwischenglied, das
sich von dem oberen Querglied ausgehend transversal erstreckt, und
einem unteren Querglied, das von dem oberen Querglied beabstandet
und mit dem Zwischenglied verbunden ist und sich von dem Zwischenglied
ausgehend transversal erstreckt. Quer über eine hintere Oberfläche der
Sitzlehne erstreckt sich ein Kunststoffrahmensubstrat, das an dem Stahlrahmenbereich
montiert ist, um bei reduziertem Gewicht den Stahlrahmenbereich
strukturell zu verstärken.
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Eine
andere Ausführungsform
der Erfindung offenbart einen Fahrzeugsitz-Lehnenrahmen mit einem
Stahlrahmenbereich für
eine Sitzlehne, wobei hier ein oberes Querglied, ein Zwischenglied,
das sich von dem oberen Querglied transversal erstreckt, und ein
unteres Querglied vorgesehen sind, das beabstandet von dem oberen
Querglied mit dem Zwischenglied verbunden ist und sich von dem Zwischenglied
ausgehend transversal erstreckt. Quer über eine rückwärtige Oberfläche der
Sitzlehne erstreckt sich ein Kunststoffrahmensubstrat, das an dem
Stahlrahmenbereich montiert ist, um bei reduziertem Gewicht den
Stahlrahmenbereich strukturell zu verstärken.
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Eine
noch weitere Ausführungsform
der Erfindung offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines Fahrzeugsitz-Lehnenrahmens
durch Formen eines Stahlrahmenbereichs mit einem oberen Querglied, einem
Zwischenquerglied und einem unteren Querglied, mit in jedem der
Glieder ausgebildeten Kanälen.
Ein Kunststoffsubstrat ist in einer Größe ausgebildet, die so gewählt ist,
dass sich das Kunststoffsubstrat quer über den Stahlrahmenbereich
erstreckt. Das Kunststoffsubstrat hat Rippen, die unter einer aufbringbaren
Belastung mit Regionen hoher Spannungen des Stahlrahmenbereichs
ausgerichtet sind, und die so dimensioniert sind, dass sie sich
in die Kanäle
der korrespondierenden Glieder erstrecken. Das Kunststoffsubstrat
ist an dem Stahlrahmenbereich montiert, um auf diese Weise einen Fahrzeugsitz-Lehnenrahmen
mit reduziertem Gewicht zu schaffen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen.
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1 ist
eine Teilperspektivansicht eines Fahrzeugsitzes entsprechend einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung; und
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2 ist
ein Materialspannungsdiagramm einer Fahrzeuglehnen-Rahmenkomponente
des Fahrzeugsitzes von 1;
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3 ist
eine Vorderansicht eines Substrats des Fahrzeugsitzes von 1;
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4 ist
eine Hinteransicht eines Sitzlehnen-Rahmenbereiches des Fahrzeugsitzes
von 1;
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5 ist
eine vergrößerte Ansicht
eines Bereiches des Substrates von 3;
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6 ist
eine seitliche Explosionsdarstellung eines Sitzlehnenrahmens des
Fahrzeugsitzes von 1;
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7 ist
eine perspektivische Explosionsansicht von hinten des Sitzlehnenrahmens
von 6;
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8 ist
eine perspektivische Seitenansicht des Sitzlehnenrahmens von 6;
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9 ist
eine Vorderansicht des Sitzlehnenrahmens von 6.
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Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen der
Erfindung.
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Wie
erforderlich, werden hierin detaillierte Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung offenbart; es ist jedoch anzumerken, dass die offenbarten
Ausführungsformen
für die
Erfindung nur beispielhaft sind, die in unterschiedlichen und alternativen
Formen verkörpert
werden kann. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabstreu,
einige Merkmale können übertrieben
oder minimiert sein, um Details von spezifischen Komponenten zu
zeigen. Deshalb sind hier offenbarte spezifische strukturelle und
funktionelle Details nicht als beschränkend zu interpretieren, sondern
nur als eine repräsentative Basis
für die
Patentansprüche
und/oder als eine repräsentative
Basis, um einem Fachmann auf diesem Gebiet eine Lehre zu vermitteln,
wie die vorliegende Erfindung auf unterschiedliche Weisen realisierbar ist.
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Bezugnehmend
nun auf 1 ist ein gezeigter Fahrzeugsitz
allgemein mit der Bezugsziffer 10 versehen, der zur Verwendung
in einem Fahrzeug, wie in einem Automobil bestimmt ist.
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Der
Sitz 10 umfasst ein Sitzkissen 12, das im Inneren
des Fahrzeugs montiert ist. Der Sitz 10 umfasst auch eine
Sitzlehne 14, die entweder an dem Sitzkissen 12 oder
dem Fahrzeug montiert ist. Die Sitzlehne 14 ist so illustriert,
dass eine Schaumstoff- und Kunststoffabdeckung teilweise abgenommen
ist, um darunter liegende Komponenten der Sitzlehne 14 darzustellen.
Die Sitzlehne 14 umfasst einen Rahmen 16, um einen
Insassen strukturell abzustützen und
aufbringbaren Lasten zu widerstehen.
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In
der gezeigten Ausführungsform
ist der Rahmen 16 mit dem Fahrzeugkörper durch ein Paar Schwenkwellen 18, 20 schwenkbar
verbunden. Weiterhin ist der zu dieser Ausführungsform dargestellte Rahmen 16 für eine Sitzreihe
mit unterteiltem Rahmen bestimmt, in welchem der Rahmen 16 den
Rahmen für
zwei Insassen bildet, was allgemein unter einem 60%-Sitz einer 60/40-Sitzreihe
bezeichnet wird. Der Rahmen 16 stützt zwei Insassen, die in der
Sitzreihe angeschnallt sind, wobei ein Insasse in dem Mittelsitz
sitzt, d. h. an der linken Seite von 1, und ein
anderer Insasse in dem Außensitz,
rechte Seite von 1 sitzt. Obwohl ein 60%-Sitzrahmen
illustriert und beschrieben wird, umfasst die Erfindung auch verschiedene
Applikationen einschließlich
anderer Größen wie
einen 40%-Sitzrahmen eines unterteilten Rahmens, einen Vollrahmen,
oder jegliche unterteilte Rahmendimensionen, und zwar innerhalb des
Sinngehalts und Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung.
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Der
Fahrzeugsitz 10 kann irgendwo in einem zugeordneten Fahrzeug
angeordnet sein, wie in einer Vordersitzreihe, einer sekundären Sitzreihe,
oder dergleichen. Der dargestellte Fahrzeugsitz 10 wird
in einer Sitzreihe verwendet, die einem Stauabteil wie einem Kofferraum
benachbart ist. Das Sitzkissen 12 kann direkt auf dem Fahrzeugboden
montiert sein. Das Sitzkissen kann statisch an dem Boden montiert sein,
mit einem Neigemechanismus zwischen dem Kissen 12 und der
Sitzlehne 14. In einer solchen Ausführungsform ist die Sitzlehne 14 direkt
an einem Rahmen des Sitzkissens 12 montiert, und umfasst die
Sitzlehne keinen Verriegelungsmechanismus mit dem Fahrzeug. Das
Sitzkissen 12 ist in seiner Ausbildung konventionell und
kann in jeglicher zweckmäßiger Weise
gestaltet sein, einschließlich
eines strukturellen Rahmens, der durch einen Schaumstoffkissenschicht
und anderes Sichtseitenabdeckmaterial bedeckt sein kann.
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Die
Sitzlehne 14 umfasst eine Verriegelung 22 zum
Aufnehmen eines an dem Fahrzeugkörper montierten
Bolzens zum Verriegeln der Sitzlehne 14 in einer aufrechten
Position, wie in 1 gezeigt, und zum Freigeben
der Sitzlehne für
eine umgeklappte Position auf dem Sitzkissen 12. In der
umgeklappten Orientierung der Sitzlehne 14 bildet eine rückwärtige Oberfläche der
Sitzlehne 14 einen Abschnitt eines Ladebodens des Stauabteils,
welches sich damit in das Insassenabteil hineinerstreckt. Die Sitzlehne 14 umfasst
auch einen Gurthalter 24 für die mittige Sitzposition.
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In
der Beschreibung werden unterschiedliche Ausführungsformen und Betriebsparameter
und Komponenten der Ausführungsformen
mit richtungsorientierter Sprache erläutert, wie „innenseitig, außenseitig,
oberhalb, unterhalb, obere, untere" und mit Worten ähnlicher Bedeutung, um in den
Zeichnungen gezeigte Richtungen hervorzuheben, wie sie auf diesem
Gebiet verständlich
sind. Eine derartige richtungsorientierte Terminologie wird für die relative
Beschreibung und zwecks Klarheit verwendet, wobei nicht beabsichtigt
ist, die Orientierung irgendeiner Ausführungsform zu limitieren, oder
einer Komponente einer Ausführungsform,
auf eine spezielle Richtung oder Orientierung.
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Der
Rahmen 16 umfasst ein Substrat 26, das aus Kunststoff
ausgebildet ist und sich quer über
die hintere Oberfläche
der Sitzlehne 14 an einem Stahlrahmenbereich 28 erstreckt.
Das Substrat 26 in zumindest einer Ausführungsform ist aus Polypropylen mit
einem Glasfasergehalt von 30% (PP GF 30) ausgebildet. Innerhalb
des Sinngehalts und Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung wird
jegliches strukturelle Kunststoffmaterial umfasst. Zusätzlich kann
das Substrat 26 durch einen Spritzguss-Formprozess hergestellt
sein, oder durch irgendeinen anderen passenden Formungsprozess.
Das Substrat 26 bildet dann eine lasttragende Bodenfläche, wenn der
Sitz 10 umgelegt ist. Eine hintere Oberfläche des Substrates 26 kann
eine Abdeckung aufweisen, wie einen Teppich, um das Substrat 26 in
der Sitzlehne 14 zu umschließen.
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Der
Rahmen 16 umfasst auch den an einer Innenseite des Substrates 26 in
der Sitzlehne 14 montierten Stahlrahmenbereich 28.
Das Substrat 26 und der Stahlrahmenbereich 28 kooperieren
nach Art von Schalen, die kollektiv den Rahmen 16 schaffen. Im
Vergleich zum Stand der Technik lässt der Rahmen 16 eine
Gewichtsreduktion von 25% erzielen, wodurch das Gesamtgewicht des
Sitzes 10 reduziert und die Effizienz des zugeordneten
Fahrzeuges verbessert werden. Demzufolge entspricht der Rahmen 16 mit
einem reduzierten Gewicht den strukturellen Anforderungen von bekannten
Sitzrahmen. Der Rahmen 16 hat dieselbe Ausbildung wie ein
bekannter Sitzrahmen, unterscheidet sich jedoch davon durch Materialien
und in Hinsicht auf Dimensionen, wie dies nachstehend beschrieben
wird.
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Der
Stahlrahmenbereich 28 kann nach jedem zweckmäßigen Herstellungsverfahren
wie durch Ausstanzen und Pressen gebildet sein. Der Stahlrahmenbereich 28 umfasst
ein oberes Querglied 30, das sich quer über eine obere Region des Substrates 26 erstreckt.
Ein innenseitiges Seitenglied 32 erstreckt sich in Längsrichtung
entlang des Substrats 26 ausgehend von einem seitlichen
Ende des oberen Querglieds 30. Ein Zwischenglied 34 des
Stahlrahmenbereichs 28 erstreckt sich ausgehend von einer
zentralen Region des oberen Quergliedes 30 und längsweise
nach unten in dem Substrat 26. Ein außenseitiges Seitenglied 36 erstreckt
sich ausgehend von einem außenseitigen
Seitenende des oberen Quer glieds 30 längsweise entlang des Substrats 26.
Ein unteres Querglied 38 des Stahlrahmenbereichs 28 erstreckt sich
quer über
eine untere Region des Substrates 26 und ist mit dem innenseitigen
Seitenglied 32, dem Zwischenglied 34, und dem
außenseitigen
Seitenglied 36 des Stahlrahmenbereichs 28 verbunden.
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Der
Stahlrahmenbereich 28 umfasst zwei Öffnungen 40, 42,
die zwischen den oberen und unteren Quergliedern 30, 38 und
den Seiten- und Zwischengliedern 32, 34, 36 ausgebildet
sind. Um in diesen Öffnungen 40, 42 das
Substrat 26 strukturell zu verbessern, sind an dem Substrat 26 mehrere
strukturelle Vorsprünge 44 geformt.
Die Vorsprünge 44 können mit
dem Substrat 26 integral geformt sein.
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Bezugnehmend
auf 2 wird für
den Stahlrahmenbereich 28 ein Spannungsdiagram illustriert. Es
wird ein 60%-Sitzrahmen 16 analysiert, da der 60%-Sitzrahmen 16 höheren Lasten
unterworfen wird, als ein 40%-Sitzrahmen, und zwar aufgrund eines
zusätzlichen
Insassen. Ein Layout des Rippendesigns des Substrats wurde analysiert,
unter Verwendung von Topologie-Optimierungs-Analysen-Software, um
Spannungen zu berechnen, die für den
Rahmen 16 mit Anforderungen aufbringbarer Belastungen einhergehen.
Die Schattierung in 2 illustriert die Spannungsprofile
für den
Stahlrahmenbereich 28 ohne das Kunststoffsubstrat 26.
Das Spannungsprofil benutzt höher
konzentrierte Schattierungen zum Darstellen von Stellen hoher Spannungsbelastungen
in dem Stahlrahmenbereich 28. Basierend auf den Stellen
höherer
Spannung ist ein Layout für
strukturelle Kunststoffrippen für
das Substrat 26 entwickelt worden, um den Rahmen 16 zu
verstärken.
Diese Analyse wurde zum Bestimmen und zum Verbessern der strukturellen
Integrität
des Stahlrahmenbereichs 28 verwendet.
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Bezugnehmend
nun auf 3 besitzt das Substrat 26 eine
Reihe struktureller Rippen 46, die so angeordnet sind,
dass sie zu den Regionen hoher Spannung des Stahlrahmenbereichs 28 passen.
Die strukturellen Rippen 46 erstrecken sich von dem Substrat 26 zu
dem Stahlrahmenbereich 28, um dadurch die Spannungen zu
reduzieren, die auf den Stahlrahmenbereich 28 aufgebracht
werden. 4 illustriert eine rückwärtige Seite
des Stahlrahmenbereichs 28. Der Stahlrahmenbereich 28 hat
entlang seiner strukturellen Glieder ein C-förmiges
Profil, so dass in jedem Glied ein Kanal 47 geschaffen
wird. In gleicher Weise sind die Rippen 46 so dimensioniert, das
sie sich zum Abstützen
des Stahlrahmenbereichs 28 in den korrespondierenden Kanälen 47 erstrecken.
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Wie
oben festgestellt, passen die Rippen 46 zu dem Profil hoher
Spannungen. Dementsprechend sind die Rippen 46 so vorgesehen,
dass sie mit dem Kanal 47 des oberen Quergliedes 30 ausgerichtet und
in diesen erstreckt sind, um an dem oberen Querglied 30 von
einer zentralen Region nahe dem Gurthalter 24 bis zu einer
seitlich außenseitigen
Region an der Verriegelung 22 anzugreifen. Die Rippen 46 sind
auch vorgesehen, um sich in den Kanal 47 des unteren Quergliedes 38 über eine
Weite von einer Welle 18 bis zu der anderen Welle 20 zu
erstrecken. Zusätzlich
sind die Rippen 46 längsweise
in den Kanälen 47 entlang
dem Zwischenglied 34 und dem außenseitigen Seitenglied 36 vorgesehen.
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Erneut
bezugnehmend auf 3 umfasst das Substrat 26 eine
Reihe Vorsprünge 48,
die in dem Steg der jeweiligen Rippen 46 gebildet sind.
Die Vorsprünge 48 und
die Rippen 46 sind von dem Substrat 26 abgesetzt,
um an dem Stahlrahmenbereich 28 in den Kanälen 47 der
strukturellen Schalenkonfiguration des Stahlrahmenbereichs 28 einzugreifen. In
gleicher Weise, und bezugnehmend auf 4, umfasst
der Stahlrahmenbereich 28 eine Reihe Taschen 49 zum
jeweiligen Aufnehmen der Vorsprünge 48 des
Substrats 26. Zusätzlich
werden die Vorsprünge 48 zum
Aufnehmen von Befestigungselementen wie Nieten 50 (1)
benutzt, die den Stahlrahmenbereich 28 mit dem Substrat 26 verbinden.
Obwohl Nieten 50 illustriert und beschrieben sind, kann
jede alternative Verbindungsart eingesetzt sein, einschließlich einer
Kombination mechanischer Befestigungselemente und Kleber oder nur
Kleber.
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Bezugnehmend
nun auf 5 wird ein Abschnitt des Substrates 26 vergrößert illustriert.
Um eine Peripherie jedes der Vorsprünge 48 ist eine Vielzahl
Quetschrippen 52 vorgesehen. Die Quetschrippen 52 sind
ausgerichtet, um während
des Zusammenbaus in die zugeordnete Tasche 49 einzugreifen. Wenn
die Vorsprünge 48 in
die Taschen 49 eingesetzt werden, werden die Quetschrippen 52 deformiert,
in anderen Worten gequetscht, um zwischen den Vorsprüngen 48 und
den Taschen 49 eine mechanische Verriegelung zu schaffen.
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Die 6 und 7 illustrieren
das Substrat 26 und den darauf ausgerichteten Stahlrahmenbereich 28 in
einer Explosionsdarstellung und vor dem Zusammenbau. Wenn der Rahmen
zusammengebaut wird, werden das Substrat 26 und der Stahlrahmenbereich 28 gegeneinander
gepresst, so dass die Vorsprünge 48 in
den Taschen 49 aufgenommen und durch die Quetschrippen 52 miteinander
verblockt werden, und so, das die Rippen 46 in den Kanälen 47 aufgenommen
und mit den korrespondierenden Gliedern 30, 34, 36, 38 in
Eingriff sind. Der zusammengesetzte Rahmen 16 ist in den 8 und 9 illustriert.
Sobald der Rahmen 16 zusammengebaut ist, wird das Substrat 26 durch
die Nieten 50 an den Stahlrahmenbereich 28 genietet.
Der zusammengebaute Rahmen 16 ist auch in 1 illustriert,
die die Kooperation zwischen den Rippen 34 in den Kanälen 37 und
den Vorsprüngen 48 in
den Taschen 49 illustriert.
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Nachfolgende
finite Element-Analysenüberprüfungen haben
feststellen lassen, dass der Rahmen 16 den aufbringbaren
Lasten für
einen Sitzlehnenrahmen für
einen Fahrzeugrücksitz,
wie den Sitz 10, widersteht. Das Kunststoffsubstrat 26 schafft
in umgelegter Position der Sitzlehne 14 einen Lastenboden,
und verstärkt
auch den Stahlrahmenbereich 28, da die an das Substrat 26 angeformten
Rippen 46 in den Kanälen 47 aufgenommen
sind und das C-förmige
Profil des Stahlrahmenbereichs 28 abstützen. Die Kunststoffrippen 46 nehmen
die strukturellen Lasten auf, einschließlich kompressiver Lasten und Scherlasten.
Der Rahmen 16 lässt
eine höhere
Steifigkeit erzielen als ein Stahlschalenrahmen gemäß dem Stand
der Technik.
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Zusätzlich ist
das Gewicht des Rahmens 16 um 25% niedriger als das eines
konventionellen Stahlschalenrahmens. Weiterhin ist eine Verschweißoperation
durch eine Nietoperation ersetzt worden.
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Obwohl
Ausführungsformen
der Erfindung illustriert und beschrieben worden sind, wird nicht
beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen
alle möglichen
Formen der Erfindung illustrieren und beschreiben. Viel mehr sind
die in der Beschreibung verwendeten Worte beschreibender Natur,
und nicht beschränkender
Natur, und ist anzumerken, dass noch verschiedene Abänderungen
vorgenommen werden können,
ohne den Sinngehalt und Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.