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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Sitzformteils aus Monofilen.
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Im zeitgenössischen Fahrzeugbau werden Sitzformteile aus Polyurethan (PU- bzw. PUR-Schaum) verwendet, die in verschiedenen Härtegraden, d. h. unterschiedlichen Stauchhärten, einstellbar sind. Unterschiedliche Stauchhärten werden in Sitzkissen oder Sitzlehnen benötigt, in denen beispielsweise eine verhältnismäßig weiche Sitzmittelfläche und härtere Sitzseitenteile gewünscht sind. Diese Härtegrade werden während der Herstellung der Polsterung erzeugt.
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Solche Sitzformteile weisen jedoch aufgrund ihrer Beschaffenheit ein nachteiliges, klimaphysiologisches Verhalten auf, welches aus der Verwendung von Polyurethan-Schäumen resultiert. Derartige Schaumzellen speichern Wärme und Feuchtigkeit, wobei sich während des Schäumprozesses zwischen einer Schaumoberfläche und dem Schaumwerkzeug eine sogenannte Verhautung bildet. Zusammen mit der geschlossenzelligen Schaumstruktur der Polyurethanschäume verhindert die Verhautung jegliche Luftdurchdringung, so dass keine Luftzirkulation stattfinden kann. Dies führt zu einem Hitze-/Feuchtestau, wenn ein Fahrzeugbenutzer beispielsweise ein Fahrer oder Passagier auf einem derartigen Schamkissen sitzt. Diese Hitzestauung bedingt, dass die Passagiere besonders leicht schwitzen, wodurch sich Komforteinbußen ergeben. Somit weisen diese Schäume in puncto Wärmeweiterleitung, Luftdurchlässigkeit, Kurzzeitwasserdampfaufnahme, Feuchtigkeitsaufnahme sowie Wasserdampfdurchgangswiderstand, Nachteile auf.
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Um dieses Problem zu umgehen, werden im Stand der Technik Sitzstrukturen vorgeschlagen, bei denen Belüftungen mittels Ventilatoren eingesetzt werden, vgl.
DE 198 28 698 C1 . Alternativ werden auch von Luftkanälen durchbrochene Schaumteile eingesetzt, vgl.
DE 103 50 146 B4 . Diese Systeme sind jedoch äußerst kostenintensiv, durch ihren komplexen Aufbau auch nicht im ganzen Sitzbereich einsetzbar und auch nicht sehr effektiv.
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Alternativ hierzu sind auch Konstruktionen aus Rosshaar in einer Gummimatrix, dem sogenannten Gummihaar, oder Kokosfaser mit Latex als Binder bekannt. Sogenannte Gummihaare sind teuer, benötigen viel Bauraum, um die benötigte Weichheit und damit einen bestimmten Sitzkomfort zu ermöglichen, und sind aufgrund des gemeinsamen Vulkanisierungsprozesses nicht rückgewinnbar, d. h. nicht recycle fähig.
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Die Erfindung macht es sich zur Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung eines Sitzformteils anzugeben, dass die genannten Nachteile überwindet. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Sitzformteils anzugeben das besonders gute Recyclefähigkeiten aufweist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren Herstellung von Sitzformteilen anzugeben, dass besonders energieeffizient und nachhaltig ist.
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Die Aufgabe wird gelöst gemäß eines Verfahrens mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs. Besondere Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche, die auf den unabhängigen Anspruch rückbezogen sind.
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Ein Verfahren zur Herstellung eines Sitzformteils kann die Schritte: Herstellen mindestens einer Matte aus einem oder mehreren Monofilen, wobei das oder die Monofile an Kreuzungspunkten, an denen es sich selbst oder ein weiteres Monofil kreuzt mit sich selbst oder mit anderen Monofilen in Verbindung stehen, Einbringen mindestens einer Matte in ein Formwerkzeug, Beaufschlagen der mindestens eine Matte mit Wärme und/oder Druck, wobei die Matte in einen flies fähigen Zustand überführt wird, und Entnahme des Sitzformteils aus dem Formwerkzeugelement. Weiterhin kann das Monofil oder die Monofile wirr, insbesondere gekräuselt angeordnet sein. Im Sinne der Erfindung sind Kreuzungspunkte auch als Berührungspunkte zu verstehen, in denen die Monofile bzw. die Monofilabschnitte in Berührung stehen, sich jedoch nicht kreuzen.
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Weiterhin kann das Verfahren dadurch gekennzeichnet sein, dass an den Kreuzungspunkten das Monofil bzw. die Monofile miteinander stoffschlüssig verbunden, insbesondere miteinander verschmolzen sind. Dadurch kann vorteilhafterweise eine Verbindung zwischen den einzelnen Monofilen bzw. zwischen Abschnitten des Monofils geschaffen werden, ohne dass zusätzliche Haftvermittler wie beispielsweise Kleber, verwendet werden müssen.
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Darüber hinaus kann das Verfahren dadurch gekennzeichnet sein, dass die Matte nach deren Erzeugung in eine vorbestimmte Form zugeschnitten und anschließend in das Formwerkzeug eingelegt wird.
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Ferner kann zur Beaufschlagung der Matte mit Wärme das Formwerkzeug beheizbar ausgebildet sein.
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Zusätzlich oder alternativ können zur Beaufschlagung der Matte mit Wärme diese mit einem Infrarotstrahler aufgeheizt werden und anschließend in das Formwerkzeug eingelegt werden.
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Weiterhin kann eine Mehrzahl von Matten hergestellt werden, die anschließend in das Formwerkzeug eingebracht werden. Danach wir die Mehrzahl der Matten mit Wärme und/oder Druck beaufschlagt, so dass die Matten in einen flies fähigen Zustand überführt werden.
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Außerdem kann nach der Ausbildung der stoffschlüssigen Verbindung zwischen den einzelnen Matten das Sitzformteil gekühlt werden.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Figurenbeschreibung näher erläutert. Die Ansprüche, die Figuren und die Beschreibung enthalten eine Vielzahl von Merkmalen, die im Folgenden im Zusammenhang mit beispielhaft beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erläutert werden. Der Fachmann wird diese Merkmale auch einzelnen und in anderen Kombinationen betrachten, um weitere Ausführungsformen zu bilden, die an entsprechende Anwendungen der Erfindung angepasst sind.
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Es zeigen in schematischer Darstellung
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1 eine Matte aus Monofilen,
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2 erfindungsgemäß angeordnete Monofile,
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3 den Herstellvorgang einer Matte,
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4 ein Formwerkzeugelement in geöffneter Stellung,
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5 ein Formwerkzeugelement in geschlossener Stellung,
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6 eine perspektivische Ansicht eines Sitzformteils hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und
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7 eine weitere perspektivische Ansicht eines Sitzformteils hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.
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Im Folgenden soll zunächst mit Bezug zur 1 der Aufbau einer Matte 10 erläutert werden. Die Matte 10 ist im Wesentlichen aus einem Monofil 11 oder aus einer Vielzahl von Monofilen 11 aufgebaut, die wirr liegend angeordnet sind. Jedes Monofil 11 weist dabei einen Faden oder eine Faser auf, die aus Kunststoffmaterial erzeugt wird. In der Matte 10 liegen die Monofile 11 wirr aufeinander, sind folglich in allen drei Raumrichtungen homogen oder inhomogen verteilt und sind an Kreuzungsbereichen, in denen es sich selbst oder andere Monofile kreuzen oder zumindest berühren, miteinander verbunden.
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Zur besseren Verdeutlichung dieser wirren Anordnung der Monofile 11 soll im Folgenden 2 erläutert werden. Wenn ein einzelnes Monofil 11 eine Schleife bildet, ist der Punkt 12, in dem die zwei Schleifenendbereiche aufeinander aufliegen, ein Kreuzbereich bzw. ein Kreuzungspunkt 12. In dem Kreuzungspunkt 12 sind die Schleifenendbereiche fest miteinander verbunden, beispielsweise stoffschlüssig durch Verschmelzung. Analog dazu bilden sich Kreuzpunkte 12 auch dort aus, wo zwei oder mehrere Monofile 11 sich aufeinander abstützen, wie beispielsweise der Kreuzungspunkt 12 rechts oben in 2. Solche Kreuzpunkte 12 können punktförmig oder auch linienförmig sein. Dabei sind zwei Monofile 11 zumindest abschnittsweise parallel ausgerichtet, wobei sie einander entlang einer Linie berühren und dabei auf- oder nebeneinander liegen. Die Dichte der Monofilen Matte 10 hängt wesentlich von der Menge der eingebrachte Monofile 11 ab. Mit anderen Worten, durch Variation der Menge an eingebrachten Monofilen 11 kann die Dichte und damit auch die Stauchhärte der Matte 10 eingestellt werden. Folglich hängt der Härtegrad der Matte 10 sowie des daraus gebildeten Sitzformteils 15 von drei Faktoren ab, nämlich der Materialart, aus der das Monofil 11 besteht, der Dicke, d. h. der Titer bzw. dem Faserdurchmesser des Monofils 11 und der Dichte der Matte 10.
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Mit Bezug zur
3 soll ein Verfahren zur Herstellung der Matte
10 erläutert werden. Eine Vorrichtung
20 zur Herstellung der Matten
10 umfasst eine Negativform
21, die eine Vertiefung
23 oder eine Kavität aufweist und eine Monofil Spendeeinrichtung
22, beispielsweise ausgebildet als ein Extruder. Aus dem Extruder
22 wird das Monofil
11 in die Kavität
23 der Negativform
21 überführt. Dabei kann eine wirre Anordnung des Monofils
11 in der Vertiefung
23 erzeugt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Monofil
11 gekräuselt angeordnet. Da das Monofil
11 dabei in einem fließfähigen, insbesondere teigförmigen Zustand ist, kann es an Kreuzungspunkten
12, an denen es sich selbst oder andere Monofile
11 kreuzt, stoffschlüssig zu einer Monofilstruktur verschmelzen. Nachdem das Monofil
11 vollständig erstarrt ist, kann die fertige Matte
10 aus der Kavität
23 der Negativform
21 entformt bzw. entnommen werden. in diesem Zusammenhang soll auf die Offenbarung der deutschen Patentanmeldung
DE 10 2010 006 668 mit dem 3. Februar 2010 als Anmeldetag verwiesen werden, deren Offenbarungsgehalt vollständig in diese Patentanmeldung einbezogen werden soll. In der genannten Druckschrift werden gemäß dem dort beschriebenen Verfahren Polsterungen, insbesondere für einen Fahrzeugsitz, hergestellt, wobei in einer Negativform eine Monofilstruktur erzeugt wird, die unmittelbar die Polsterung selbst bildet. Im Unterschied zu diesem bekannten Verfahren werden gemäß dem Verfahren dieser Erfindung nicht die Polsterung, sondern lediglich einzelne Matten
10 hergestellt mit dem aus der oben genannten Patentanmeldung bekannten Verfahren.
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Nach dem in 3 gezeigten Verfahrensschritt werden die Matten 10 in eine vorbestimmte, äußere geometrische Form zugeschnitten. Die vorbestimmte Form insbesondere als Würfel oder Quader vorliegen. Alternativ dazu können in der Negativform 21 eine oder mehrere Vertiefungen 23 vorgesehen sein, die eine vorbestimmte geometrische Form aufweisen. Dadurch können die Matten 10 unmittelbar in dieser vorbestimmten Form erstellt werden und müssen nicht mehr den Schritt des Zuschneidens durchlaufen.
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Anschließend daran wird eine oder mehrere Matten 10, die in einer vorbestimmten Form vorliegen, in ein Formwerkzeugelement 30 eingebracht. Ein solches Formwerkzeugelement 30 ist in 4 in geöffneter Position dargestellt und umfasst eine obere Formwerkzeughälfte 31 und eine untere Formwerkzeughälfte 32. Diese Formwerkzeughälften 31, 32 können entlang einer Trennebene miteinander in Kontakt gebracht werden und im Wesentlichen senkrecht zu der Trennebene bewegt werden, so dass sich dazwischen die Kavität des Formwerkzeugelements 30 bildet.
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Die 5 zeigt das Formwerkzeugelement 30 in einer geschlossenen Position, wobei eine Mehrzahl von Matten 10a, b, c, d eingebracht sind. Die Kontur der Kavität des Formwerkzeugelements 30 entspricht im Wesentlichen einer äußeren Form des zu erzeugenden Sitzformteils 15. Nach dem Einbringen der Monofilen Matten 10 werden diese miteinander verbunden. Dies erfolgt durch Beaufschlagung der Matten mit Wärme und/oder Druck.
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Um einen mechanischen Druck auf die Matten 10 ausüben zu können, ist das Formwerkzeugelement 30 beispielsweise als Presswerkzeug ausgebildet, wobei durch zueinander Hinverfahren der Formwerkzeugelemente 31 und 32 der Druck auf die in der Kavität befindlichen Matten 10 erhöht werden kann. Alternativ oder ergänzend können die Matten 10, die sich in der Kavität befinden, mit Wärme beaufschlagt werden. Dies kann durch Erhitzen der Formwerkzeugelemente 31, 32 erfolgen während die Matten 10 darin angeordnet sind oder indem die Matten 10 vor dem Einbringen in die Kavität des Formwerkzeugs 30 aufgeheizt werden, beispielsweise mit Hilfe eines Infrarotstrahlers oder in einem Wärmeofen. Dadurch werden die Monofile 11 der einzelnen Matten 10 in einen fließfähigen bzw. teigförmigen Zustand überführt, so dass diese an Berührungspunkten bzw. an Kreuzungspunkten, an denen sie mit benachbarten Matten 10 in Kontakt stehen, sich stoffschlüssig verbinden, beispielsweise durch Verschmelzen.
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Anschließend erstarren die Matten 10 in dem Formwerkzeugelement 30, so dass sich das Sitzformteil 15 ausbildet. Um den Prozessschritt des Aushärtens bzw. des Erstarrens des Sitzformteils 15 zu beschleunigen, können die Formwerkzeugelemente 31, 32 des Formwerkzeugs 30 gekühlt werden. Dies trägt somit maßgeblich zur endgültigen Fixierung der äußeren Gestalt des Sitzformteils 15 in einer gewünschten, vorbestimmten äußeren Form bei.
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In einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung, kann abweichend von 5 nur eine einzige Matte 10 verwendet werden, um das Sitzformteil 15 auszubilden. Diese einzelne Matte 10 wird dabei allein in die Kavität des Formwerkzeugs 30 eingebracht.
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Die 6 und 7 zeigen jeweils ein Sitzformteil 15, das gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde, wobei eine Mehrzahl von Matten 10 verwendet wurde. Der Aufbau eines solchen Sitzformteils 15 soll im Folgenden beschrieben werden. Wie oben bereits genannt, können die Matten 10 in unterschiedlichen Härtegraden hergestellt werden. Durch geeignete Kombination von Matten verschiedener Härte 10a bis 10d wird das Sitzformteil 15 erzeugt. Dabei können die Matten in Schichten übereinander gelegt werden, wobei beispielsweise die Schicht 17 hart ist, die Schicht 18 mittelhart und die Schicht 19 weich ist. Dadurch lässt sich ein Eindrückverhalten realisieren, das dem Eindrückverhalten von Sitzformteilen, die aus Schäumen bestehen, entspricht.
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In 6 ist ein Sitzformteil 15 dargestellt, wobei die verschiedenen Härtegrade der einzelnen, zugeschnittenen Matten durch unterschiedlich stark gekräuselte Monofile dargestellt sind. Zur besseren Übersichtlichkeit zeigt 7 das gleiche Sitzformteil 15 ohne die wirr gekräuselte Anordnung der Monofile.
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Das Sitzformteil 15 kann in einen Sitzhauptbereich und in einen Wulstbereich unterteilt werden. Der Sitzhauptbereich entspricht in etwa dem Bereich, in dem die Matte 17, 18 und 19 angeordnet sind. Der Wulstbereich wird im Wesentlichen seitlich davon durch die Matten 16 und 18 gebildet. Durch unterschiedliche Härtegrade zwischen Sitzhauptbereich und Wulstbereich kann eine adäquate Seitenführung erzeugt werden. Diese Seitenführung ist bei Kurvenfahrt von Bedeutung, bei der ein auf dem Sitz befindlicher Fahrgast durch Zentrifugalkräfte derart beschleunigt wird, dass er eine Kraft erfährt, die ihn gegen die Matte 18 des Wulstbereiches drückt. Durch Verwendung von härteren Matten 16, 18 im Wulstbereich und weicheren Matten im Sitzhauptbereich kann bei hohem Sitzkomfort eine gute Seitenführung gleichzeitig erzielt werden.
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Das Sitzformteil kann ferner in einen Formkernbereich und einen Kontaktbereich unterteilt werden. Der Formkernbereich wird dabei von den Matten 16 und 17 gebildet und der Kontaktbereich durch die Matten 18 und 19. Durch den Einsatz von harten Matten 16 und 17 im Formkernbereich und weichen Matten 18 und 19 im Kontaktbereich kann ein Sitzformteil hergestellt werden mit reduziertem Bauraum.
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Grundsätzlich können als Materialien für die Monofile 11 alle Kunststoffe Verwendung finden, die thermoplastisch ausspinnbar, verformbar und dauerelastisch sind, insbesondere Polyester, Polypropylen und/oder Polyamid.
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Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Sitzformteile können überall dort eingesetzt werden, wo die Belüftung der Polsterung eine wesentliche Rolle spielt, beispielsweise bei Sitzformteilen für Stühle, Sessel, Sofas, Fahrradsattel, Motorradsitze, Sitzteile oder Lehnenteile von Fahrzeugsitzen. Ferner können derartige Polsterungen auch als Unterpolsterung für Kindersitze eingesetzt werden.
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Im Folgenden sollen die Vorteile der vorliegenden Erfindung kurz zusammengefasst werden. Durch die Verwendung von Monofilen, die an Kreuzungspunkten miteinander verbunden sind, kann auf Binder oder Kleber verzichtet werden, so dass das Sitzformteil hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren besonders gut recyclefähig ist. Ferner kann durch den Einsatz von Monofilen die Emissionsbelastung bei der Herstellung von Sitzformteilen reduziert werden gegenüber Sitzformteilen, die aus Schäumen gebildet sind.
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Ein weiterer Vorteil liegt in der Reduzierung des Gewichts sowie des benötigten Bauraums, was sich wiederum auf den Verbrauch des Fahrzeugs und damit auf eine günstige Emissionsbelastung niederschlägt. Ferner ist auch gegenüber geschäumten Sitzpolstern ein deutlich verbessertes Alterungsverhalten bei Heißlichtalterung zu erzielen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19828698 C1 [0004]
- DE 10350146 B4 [0004]
- DE 102010006668 [0026]
