-
Die Erfindung betrifft einen Fahrzeugsitz mit einer Rückenlehne, die eine rahmenartige Struktur aufweist, wobei in der rahmenartigen Struktur eine diagonal verlaufende verformbare Strebe angeordnet ist.
-
Ein Fahrzeugsitz weist vielfach zumindest im Bereich seiner Rückenlehne eine rahmenartige Struktur auf, die mit einem Bezugsstoff bespannt ist. In der rahmenartigen Struktur sind darüber hinaus Polster und Federelemente angeordnet, deren Wirkrichtung hauptsächlich in Längsrichtung des Fahrzeugs gerichtet sind, um den Rücken einer auf dem Fahrzeugsitz sitzenden Person zu unterstützen.
-
In Kraftfahrzeugen, insbesondere in Personenkraftfahrzeugen (PKW), kann man vielfach beobachten, dass an den Rückenlehnen Schwingungen auftreten. Dies gilt sowohl für Fahrzeugvordersitze als auch für Fahrzeugrücksitze und zwar insbesondere dann, wenn die Rückenlehnen frei stehen, d. h. im Lehnenbereich nicht an die Fahrzeugkarosserie angebunden sind. Derartige Schwingungen treten sowohl in der Längsrichtung des Fahrzeugs als auch in der Querrichtung des Fahrzeugs auf.
-
Die Ursache für die Schwingungen der Rückenlehne sind aller Wahrscheinlichkeit nach Resonanzerscheinungen der Sitzstrukturen, also der tragenden Strukturen der Fahrzeugsitze, die typischerweise im Frequenzbereich zwischen 15 und 30 Hz auftreten. Dabei ergeben sich sowohl Eigenformen in Fahrzeuglängsrichtung als auch Eigenformen in Fahrzeugquerrichtung. Die Resonanzen werden durch Schwingungen, die über die Karosserie des Fahrzeugs in den Sitz eingeleitet werden, angeregt. Diese Anregung kann besonders stark sein, wenn die globale Torsionseigenschwingung der Karosserie oder aber Stucker-Schwingungen von Achsen oder Aggregaten im selben Frequenzbereich liegen. Dabei entstehen infolge deutlicher Resonanzüberhöhungen teilweise hohe Schwingungsamplituden an den Rückenlehnen der Fahrzeugsitze. Bei Sitzkonzepten mit besonders hohem Masseanteil der Lehne, z. B. bei Gurtintegralsitzen, bei in der Rückenlehne angebrachten Seiten-Airbags oder bei Vordersitzen, die Unterhaltungssysteme für die dahinter liegende Sitzreihe beinhalten (Rear-Seat-Entertainment-Systeme, RSE-Systeme), treten diese Probleme in besonderem Maße auf.
-
Die Schwingungsamplituden können so groß werden, dass sie bei einem unbelegten Sitz, z. B. im Falle des Beifahrersitzes, mit bloßem Auge sichtbar werden. Insbesondere bei höherwertigen Fahrzeugen stellen sie einen Qualitätsmangel dar, der auch häufig kundenseitig beanstandet wird. Bei einem belegten Sitz, beispielsweise dem Fahrersitz, aber auch dem Beifahrersitz oder der Rücksitzanlage, sind die Schwingungen von der Person, die auf dem Sitz sitzt, spürbar und stellen ebenfalls einen Qualitätsmangel dar.
-
Um dieses Problem zu entschärfen, kann man folgende Möglichkeiten verwenden:
Man kann die Sitzstruktur versteifen. Dies verschiebt die Resonanzfrequenzen der kritischen Lehneneigenformen zu höheren Frequenzen und vermindert geringfügig die Amplituden. Die Effekte dieser Maßnahme sind wegen der Anforderungen an möglichst geringes Gewicht der Fahrzeugsitze begrenzt, insbesondere im Hinblick auf den Kraftstoffverbrauch. Auch bewirkt beispielsweise das Hinzufügen eines als Sonderausstattung erhältlichen RSE-Systems wieder ein Absinken der Resonanzfrequenz zurück in kritische Bereiche.
-
Alternativ oder zusätzlich kann man passive Schwingungstilger verwenden. Derartige Schwingungstilger sind auf die kritische Resonanz abgestimmte dynamische Zusatzsysteme, die aus einer Masse und einem elastischen Element bestehen, das vielfach aus einem elastomeren Material gebildet ist. Um wirksam zu sein, müssen Massen in der Größenordnung von 1 kg oder mehr für Vordersitze eingesetzt werden. Nachteilig sind insbesondere die hohe benötigte Zusatzmasse, die auf einen recht schmalen Frequenzbereich beschränkte Wirksamkeit und die hohen Kosten.
-
Aus
US 5 447 360 A ist ein Fahrzeugsitz bekannt. Der Fahrzeugsitz weist zwei stärkende Elemente auf. Die stärkenden Elemente sind diagonal angeordnet und kreuzen sich an einem Kreuzungselement. Das erste stärkende Element verbindet einen Punkt in der Nähe eines tieferen Endes eines Seitenelements mit einem Punkt in der Nähe eines höheren Endes eines weiteren Seitenelements. Entsprechend verbindet das zweite stärkende Element die beiden anderen Enden. Beide stärkende Elemente sind gerade ausgebildet. In einer Ausführungsform ist nur das erste stärkende Element vorgesehen.
-
Aus
US 4 192 545 A ist ein Fahrzeugsitzrahmen bekannt. Ein dehnbares Element kann als Stahlkabel, Stahlrohr oder Stahlplatte ausgebildet sein. Das dehnbare Element verbindet die Ecken eines Sitzrahmens diagonal. Das dehnbare Element soll im Fall eines Unfalls starke Deformationskräfte aufnehmen können. Um mit dem Sitzkissen und den Fahrzeugsitzfedern nicht in Berührung zu kommen, ist das dehnbare Element leicht nach hinten gebogen.
-
Aus
DE 196 50 503 A1 ist ein Rahmen für einen Fahrzeugsitz bekannt. Zwei Seitenelemente sind am Oberteil des Rahmens durch ein Querteil miteinander verbunden. Eine Achse wird durch Öffnungen im Unterteil aufgenommen. Für den Fall eines Unfalls kann ein im Wesentlichen starres Verstärkungselement vorgesehen sein, das die Gefahr einer rautenförmigen Verformung des Rahmens vermindern soll. Das Verstärkungselement ist diagonal im Rahmen angeordnet. Wahlweise kann auch ein Verstärkungsdraht anstelle des Verstärkungselements vorgesehen sein, der ein im Wesentlichen undehnbares flexibles Element ist. Im Ausgangszustand kann der Verstärkungsdraht etwas lose sein. Bei einer erheblichen auf den Draht einwirkenden Kraft wird der Draht aber durch den sich auseinander bewegenden Rahmen unter Spannung gesetzt und übt eine verstärkende Kraft aus.
-
Aus
DE 10 2007 006 439 A1 ist ein Kraftfahrzeugsitz mit Abschnitten aus Verbundblechen bekannt. Ein Kraftfahrzeugsitz weist eine Rückenlehne, ein Untergestell und zwei Seitenteile auf. Eine Brücke ist an Sitzschienen angeordnet. Ein Elektromotor zur Längsverstellung des Fahrzeugsitzes ist mit der Brücke verschraubt. Die Brücke ist senkrecht zu den Schienen und damit parallel zur Rückenlehne angeordnet. Im Gegensatz zum Gegenstand des Anspruchs 1 ist in
DE 10 2007 006 439 A1 keine diagonal verlaufende Strebe in einer Fahrzeugsitzrückenlehne vorgesehen.
-
US 3 327 812 A zeigt eine Dämpfungseinrichtung, bei der Bänder durch Schichten aus einem viskoelastischen Klebematerial miteinander verbunden sind.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Schwingungen der Rückenlehne eines Fahrzeugsitzes zu vermindern.
-
Diese Aufgabe wird bei einem Fahrzeugsitz der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Strebe mehrere Schichten aufweist, von denen mindestens zwei Schichten aus Flachmaterialstreifen gebildet sind, wobei die Schichten an mehreren beabstandeten Positionen derart miteinander verbunden sind, dass sich bei einer Verformung der Strebe eine Reibung zwischen den Schichten ergibt.
-
Die rahmenartige Struktur bildet in der Regel ein Viereck, insbesondere ein Rechteck. Die Schwingungen führen dann dazu, dass sich diese rahmenartige Struktur parallelogrammartig verformt. Bei dieser Verformung verformt sich die verformbare Strebe und erzeugt dabei dämpfende, also Energie verzehrende Kräfte. Die Steifigkeit der rahmenartigen Struktur wird dabei nicht nennenswert erhöht. Da die Strebe zur Steifigkeit keinen nennenswerten Beitrag leisten muss und soll, kann sie auch mit einer relativ kleinen Masse ausgebildet werden. Es ergibt sich in vorteilhafter Weise eine breitbandige Wirkung, d. h. die Schwingungsdämpfung erfolgt in einem relativ breiten Frequenzband, da die Schwingungen bei praktisch allen Frequenzen gedämpft werden. Die Amplituden werden signifikant gemindert. Die Dämpfung der Schwingungen erfolgt mit einer einfachen Ausführung, also niedrigen Kosten. Aufgrund der geringen Zusatzmasse der Strebe ergibt sich auch insgesamt ein niedriges Gewicht. Dadurch lässt sich auch bei vertretbaren Kosten eine hervorragende Schwingungsdämpfung der Rückenlehne erzielen. Die Strebe weist mehrere Schichten auf. Durch eine gezielte Auswahl der Schichten kann man die dämpfende Wirkung der Strebe bei einer Verformung gezielt beeinflussen. Insbesondere ist es möglich, die dämpfenden Kräfte gezielt besonders gut in einem bestimmten Frequenzband wirken zu lassen. Die Schichten sind an mehreren Positionen miteinander verbunden. Dadurch wird die Möglichkeit zur Verfügung gestellt, dass die Schichten zwischen diesen Positionen aneinander reiben können, wenn die Strebe verformt wird. Dies erhöht die dämpfende Wirkung weiter.
-
Hierbei ist bevorzugt, dass mindestens zwei Schichten aus Blechstreifen gebildet sind. Bleche, insbesondere Metallbleche, haben eine Rückstellwirkung, d. h. die Strebe kann sich ohne Auftreten äußerer Kräfte, beispielsweise ohne eine von außen eingetragene Schwingung, wieder in ihren Ruhezustand zurückstellen und dann bei Auftreten einer erneuten Schwingung wieder dämpfend tätig werden. Entsprechendes gilt für Kunststoffbleche, insbesondere wenn sie faserverstärkt sind.
-
Vorzugsweise ist zwischen Flachmaterialstreifen eine Zwischenlage aus elastomerem Material angeordnet. Dieses elastomere Material ist in besonderem Maße geeignet, dämpfende Kräfte zu erzeugen, die auf die gesamte Lehnen- und Sitzstruktur zurückwirken und zu deutlichen Amplitudenminderungen führen. Die dämpfende Wirkung ergibt sich bei entsprechender Auslegung aus der Summe mehrerer Effekte. Zum einen ergibt sich eine dämpfende Wirkung aus der Verformung der Schicht aus elastomerem Material selbst. Zum anderen ergibt sich eine dämpfende Wirkung auch durch die Reibung der Zwischenlage an den Flachmaterialstreifen.
-
Hierbei ist bevorzugt, dass die Schichten miteinander vernietet sind. Eine Nietverbindung lässt sich auf einfache Weise herstellen. Sie erhöht die Masse der Strebe praktisch nicht, weil die Nieten in Bohrungen eingesetzt werden, aus denen das Material der Strebe zuvor entfernt worden ist. Eine Nietverbindung ist darüber hinaus auch bei einer längeren Beanspruchung ausreichend stabil, so dass eine hohe Lebensdauer der Rückenlehne erzielt werden kann.
-
Bevorzugterweise weist die Strebe eine eingeprägte Krümmung auf. Dies hat zwei Vorteile. Zum einen ergibt sich die dämpfende Wirkung der Strebe in beide Bewegungsrichtungen der Rückenlehne. Bei einer Bewegung eines Teils der Rückenlehne, beispielsweise des oberen Endes, in eine Richtung, wird die Strebe gestaucht. Bei einer Bewegung dieses Teils der Rückenlehne in die andere Richtung wird die Strebe verlängert. In beiden Bewegungsrichtungen wird die Strebe in sich verformt, so dass die zur Verformung benötigte Energie der Schwingungsbewegung entzogen wird. Dadurch ergibt sich die dämpfende Wirkung der Strebe. Zum anderen kann man dadurch erreichen, dass die Schichten mit einer gewissen Kraft aneinander liegen. Dies erhöht die Reibung.
-
Vorzugsweise ist eine Berührungsfläche zwischen benachbarten Schichten gekrümmt. Wenn diese Schichten im gestreckten Zustand der Streben in einer ebenen Fläche aneinander anliegen, dann ist diese Fläche im eingebauten Zustand gekrümmt. Wenn dann durch die Schwingungsbewegung der Rückenlehne eine Längenänderung der Strebe eintritt, dann reiben die einzelnen Schichten der Strebe entlang dieser Fläche aneinander. Dadurch werden besonders wirksame Reibungskräfte erzeugt, die der Schwingung der Rückenlehne Energie entziehen.
-
Auch ist von Vorteil, wenn die Krümmung aus einer von der rahmenartigen Struktur aufgespannten Ebene heraus gerichtet ist. Die Wölbung der Krümmung ist also in Fahrzeugrichtung gerichtet. Hier steht auch dann, wenn die Rückenlehne mit weiteren Elementen innerhalb der rahmenartigen Struktur versehen ist, beispielsweise Polstern oder dergleichen, ein ausreichender Raum zur Verfügung, in den sich die Strebe bei einer Schwingungsbewegung und einer damit verbundenen Längenänderung verformen kann.
-
Auch ist von Vorteil, wenn die Strebe eine Masse von maximal 250 g aufweist. Versuche haben ergeben, dass man sogar mit einer Strebe hervorragende Schwingungsdämpfungen erreichen kann, die weniger als 200 g Masse aufweist. Durch die Strebe wird also die Masse des Fahrzeugsitzes nicht nennenswert vergrößert, so dass negative Auswirkungen auf den Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs praktisch nicht zu befürchten sind.
-
Auch ist von Vorteil, wenn die Strebe mindestens eine Zusatzmasse aufweist, die zwischen ihren Endpunkten angeordnet ist. Eine Zusatzmasse kann man gezielt auf bestimmte Frequenzbereiche einwirken lassen und hier die Schwingung besonders gut dämpfen.
-
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugsitzes,
-
2 eine Schnittansicht II-II nach 1,
-
3 eine Strebe von der Seite,
-
4 eine Vergrößerung IV aus 3,
-
5 den Fahrzeugsitz von hinten in einem verformten Zustand der Rückenlehne,
-
6 eine weitere Ansicht des Fahrzeugsitzes mit verformter Rückenlehne und
-
7 eine Darstellung der Schwingungsamplituden mit und ohne Strebe.
-
Ein in 1 nur schematisch dargestellter Fahrzeugsitz 1 weist eine Sitzfläche 2 und eine Rückenlehne 3 auf. Die Rückenlehne 3 hat eine im Allgemeinen rahmenartige Struktur mit einem oberen Querholm 4, einem unteren Querholm 5, einem ersten seitlichen Längsholm 6 und einem zweiten seitlichen Längsholm 7. Um die nachfolgende Erläuterung zu erleichtern, sind die Richtungen eines karthesischen Koordinatensystems eingezeichnet. Die Sitzfläche 2 erstreckt sich im Wesentlichen in einer x-y-Ebene des Koordinatensystems. Die Rückenlehne 3 erstreckt sich im Wesentlichen in einer y-z-Ebene des Koordinatensystems, wobei die Rückenlehne 3 üblicherweise einen Winkel > 90° zur Sitzfläche 2 einnimmt.
-
Bei einem in ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen PKW, eingebauten Fahrzeugsitz 1 treten Schwingungen der Rückenlehne 3 auf und zwar sowohl in x-Richtung als auch in y-Richtung. Eine Verformung, die sich bei einer Schwingung in y-Richtung ergibt, ist in 5 dargestellt. Hier schwingt der obere Querholm 5 gegenüber dem unteren Querholm 4 mit einer Amplitude p. Es treten zwar auch Schwingungen in x-Richtung auf. Diese sollen aber im vorliegenden Fall nicht besprochen werden. Ursache für die Schwingungen sind wahrscheinlich Resonanzerscheinungen der Sitzstrukturen, also der tragenden Strukturen der Fahrzeugsitze, die typischerweise im Frequenzbereich zwischen 15 und 30 Hz auftreten. Die Resonanzen werden durch Schwingungen, die über die Karosserie des Fahrzeugs in den Sitz eingeleitet werden, angeregt. Infolge von deutlichen Resonanzüberhöhungen entstehen hohe Schwingungsamplituden an der Rückenlehne des Fahrzeugs. Eine derartige Resonanzüberhöhung r1 ist in 7 mit einer Kurve 8 eingezeichnet. Die Schwingungsamplitude hat bei einer Frequenz von 24 Hz eine Vergrößerung um den Faktor 23. Derartige Schwingungen sind bei unbelegtem Sitz häufig mit bloßem Auge sichtbar. Bei belegtem Sitz sind sie für die den Sitz belegende Person spürbar. In beiden Fällen ergibt sich ein Qualitätsmangel, der kundenseitig vielfach gerügt wird.
-
Um diese Schwingungen zu dämpfen, ist eine Strebe 9 vorgesehen, die diagonal in der rahmenartigen Struktur der Rückenlehne 3 angeordnet ist. Bezogen auf die Darstellung der 1 verläuft die Strebe 9 von links unten nach rechts oben, wobei sie nicht unbedingt die Ecken der rahmenartigen Struktur erreichen muss. Sie kann also durchaus, wie dargestellt, in z-Richtung einen Abstand von der Verbindung von Längsholm 7 und Querholm 4 einerseits und von Längsholm 6 und Querholm 5 andererseits aufweisen.
-
Die Strebe 9 ist verformbar. Um die Verformung zu erleichtern, weist die Strebe 9, wie in 2 und 3 dargestellt, eine Krümmung 10 auf, wobei die Amplitude der Krümmung 10 einen Wert k hat. Die Krümmung ist in die Strebe 9 eingeprägt. Sie ist aus der rahmenartigen Struktur heraus gerichtet, d. h. von einer Ebene weg, die durch die Holme 4–7 aufgespannt ist. Wenn sich, wie in 6 dargestellt, die Rückenlehne 3 in y-Richtung verformt, dann wird die Strebe 9 ebenfalls verformt, wobei ihre Krümmung 10 bei einer Bewegung des oberen Querholms 4 in eine Richtung gegenüber dem unteren Querholm 5 vergrößert wird, weil die Strebe 9 gestaucht wird. Bei der Bewegung des oberen Querholms 4 in die entgegengesetzte Richtung wird die Strebe 9 etwas gelängt, so dass die Krümmung 10 etwas flacher wird. Die Strebe 9 wird hierbei in x-Richtung verformt.
-
Natürlich kann die Strebe 9 nicht nur nach vorne gewölbt sein, sondern auch nach hinten. Dies spielt für die dämpfende Wirkung der Strebe 9 keine Rolle.
-
Wegen der eingeprägten Krümmung 10 leistet die Strebe 9 keinen nennenswerten Beitrag zur Gesamtsteifigkeit der rahmenartigen Struktur der Rückenlehne 3, wirkt also nicht wie eine aus dem Stand der Technik bekannte Versteifung. Vielmehr beruht die Wirkung der Strebe 9 auf der Erzeugung dämpfender, also Energie verzehrender Kräfte. Dies wird dadurch erreicht, indem der Strebe 9 durch die Vorkrümmung mit der Amplitude k bei Lehnenschwingungen eine zusätzliche Biegeverformung, wie in 6 dargestellt, aufgezwungen wird, die ihrerseits mit dem Entstehen dämpfender Kräfte verbunden ist.
-
Die Strebe 9 ist, wie dies aus 4 hervorgeht, im einfachsten Fall aus zwei Blechen 11, 12 gebildet, zwischen denen eine Zwischenschicht 13 aus elastomerem Material angeordnet ist. Diese drei Schichten 11–13 können in Abständen miteinander verbunden sein, beispielsweise vernietet sein. Die drei Schichten 11–13 sind so zusammengefasst, dass sich bei einer Verformung der Strebe 9 eine Reibung zwischen den beiden Blechen 11, 12 und der Zwischenschicht 13 ergibt. Die zur Überwindung der Reibung notwendigen Kräfte entziehen dem schwingenden Gesamtsystem Energie und führen dadurch zu einer Dämpfung der Schwingungen. Eine zusätzliche Dämpfung ergibt sich durch die Verformung der Zwischenschicht 13 aus elastomerem Material.
-
Bei der dargestellten Strebe 9 stehen eine Reihe von Parametern zur Verfügung, die man verändern kann, um die Strebe 9 an die Rückenlehne 3 anzupassen, insbesondere kann man die Dicke der Schichten 11–13, die Krümmung k, die Dämpfung und die Gesamtmasse der Strebe 9 verwenden, um insbesondere bei einer Frequenz, bei der eine Resonanzüberhöhung droht, diese Resonanzüberhöhung zu vermindern. Ein Beispiel zeigt 7. Dort ist für die ansonsten gleiche Struktur der Rückenlehne 3 mit Strebe 9 eine Resonanzüberhöhung r2 bei der gleichen Frequenz von 24 Hz eingezeichnet, bei der die Vergrößerung lediglich um den Faktor 4 erfolgt, also lediglich weniger als 1/5 der Resonanzüberhöhung r1 ohne Strebe 9.
-
Die Strebe 9 kann mit relativ geringer Masse ausgebildet werden. Versuche haben gezeigt, dass man mit einer Strebe, die eine Masse von weniger als 200 g aufweist, Verminderungen der Schwingungsamplituden in der Resonanz von r1 auf r2 um den Faktor 5 und mehr erreichen kann.
-
Mit der Strebe 9 in der Rückenlehne 3 lässt sich also bei einer breitbandigen Wirkung eine signifikante Minderung der Amplituden erreichen, wobei die Schwingungsdämpfung mit niedrigen Kosten und mit niedrigem Gewicht erreicht werden kann.
-
Die Strebe 9 kann, wie dies aus 1 ersichtlich ist, zwischen ihren beiden Enden noch eine Zusatzmasse 14 aufweisen. Es können unter Umständen auch mehrere Zusatzmassen vorgesehen sein. Die Position und die Größe der Zusatzmasse kann so gewählt werden, dass eine bestimmte Frequenz oder ein bestimmter Frequenzbereich optimal beeinflusst werden kann. Die Zusatzmasse 14 erhöht die Gesamtmasse der Strebe nur so weit, dass dies noch akzeptabel ist.
