DE102011016654A1

DE102011016654A1 - Bauteil für einen Fahrzeugsitz

Info

Publication number: DE102011016654A1
Application number: DE102011016654A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Pluta; Lars Kramm; Harald Wolsifer
Original assignee: Keiper GmbH and Co
Current assignee: Johnson Controls Components GmbH and Co KG
Priority date: 2011-04-04
Filing date: 2011-04-04
Publication date: 2012-10-04
Also published as: US20140292054A1; JP2014509986A; CN103562005A; KR20130133303A; EP2694325A1; WO2012136595A1

Abstract

Bei einem Bauteil (20), insbesondere für einen Fahrzeugsitz, mit einer Öffnung (22) zur Befestigung des Bauteils (20), welche einen Mittelpunkt (M) und einen Radius (r) aufweist, ist das Bauteil (20) an wenigstens einer Stelle in der Nachbarschaft (N) der Öffnung (22) und von der Öffnung (22) beabstandet lokal gehärtet, wobei die Nachbarschaft (N) der Öffnung (22) ein Bereich um den Mittelpunkt (M) herum mit einem Radius von bis zum Vierfachen des Radius (r) der Öffnung (22) ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bauteil, insbesondere für einen Fahrzeugsitz, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1.
Ein Bauteil dieser Art ist aus der WO 2009/103641 A2 bekannt. Das Bauteil ist als Adapter für einen Beschlag ausbildet, welcher der Neigungseinstellung der Lehne eines Fahrzeugsitzes dient. Das Bauteil ist einerseits an den Beschlag angeschweißt und weist andererseits zwei Öffnungen auf, welche der Befestigung am Sitzrahmen dienen. Eine bekannte Befestigung erfolgt mittels Schrauben. Es ist ferner bekannt, durch Kragenzüge oder Umstellungen oder höherfestes oder dickeres Material eine Verstärkung des Randes der Öffnungen zu erreichen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Bauteil der eingangs genannten Art bauraumoptimiert und/oder kostengünstig hinsichtlich der Festigkeit zu verbessern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Bauteil mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Öffnung nimmt ein Befestigungsmittel auf, mittels dessen das Bauteil an einem weiteren Bauteil befestigt ist. Das lokale Härten des Bauteils im Abstand zur Öffnung begrenzt die mittels des Befestigungsmittels erzeugte Lochleibung, die aufgrund von Kräften zwischen dem Bauteil und dem weiteren Bauteil entstehen kann. Die Verstärkung der Nachbarschaft der Öffnung erfolgt nach dem Prinzip des Damaszener-Stahls: ein weicher Bereich um die Öffnung baut Energie ab und schützt vor Rissbildung. Der lokal gehärtete Bereich bringt die Festigkeit. Durch den Entfall von Kragenzügen, Umstellungen und höherfestem oder dickerem Material ergibt sich insgesamt eine leichtere, kostengünstige und bauraumoptimierte Struktur. Der Radius der Schrauben kann reduziert werden, z. B. von 12 mm auf 10 mm.
Die lokale Härtung wird vorzugsweise mittels einer Schweißnaht erzeugt, welche vorzugsweise mittels eines Lasers oder auf andere Weise erzeugt wird. Es sind aber auch andere Techniken, beispielsweise eine lokal begrenzte Aufkohlung, für das lokale Härten denkbar. Unter Schweißnaht soll nicht nur ein aufgeschmolzener und wieder erstarrter Bereich verstanden werden, sondern insbesondere jeder mittels thermischer Bearbeitung (insbesondere durch einen Laserstrahl) entstehende, lokal gehärtete Bereich.
Es können eine Schweißnaht oder mehrere Schweißnähte vorgesehen sein. Im letzterem Fall sind die Schweißnähte voneinander beabstandet und vorzugsweise in konstantem Abstand zueinander ausgebildet. Die Form der Schweißnaht hängt von der erwarteten Belastung ab, d. h. vom zu erwartenden Kraftfluss. Die Schweißnaht kann geschlossen oder auf einer geschlossenen Grundlinie unterbrochen (oder nur abschnittsweise ausgebildet) oder offen sein. Kreisförmige, bogenförmige, ovale oder spiralförmige Schweißnähte sind denkbar, die in einem – im Vergleich zum Radius der Öffnung größeren – Abstand zum Mittelpunkt um diesen – wenigstens abschnittsweise – umlaufen oder um einen dazu versetzten Krümmungsmittelpunkt verlaufen. Es sind aber auch linear verlaufene Schweißnähte denkbar, die vorzugsweise parallel zu einer Tangente an die Öffnung verlaufen, also senkrecht zum Kraftfluss, und dabei von der Verlängerung des Radius durch den Berührpunkt der Tangente insbesondere in der Mitte der Schweißnaht geschnitten werden.
Die Öffnung ist vorzugsweise zylindrisch mit kreisförmigem Querschnitt, wobei das Material des Bauteils in der Nachbarschaft der Öffnung (einschließlich des Randes der Öffnung) – wenigstens näherungsweise – eine konstante Dicke aufweist. Die Öffnung kann aber auch einen anderen Querschnitt aufweist, beispielsweise hexagonal, oval oder elliptisch sein. Die Begriffe ”Mittelpunkt” und ”Radius” sind passend zum Querschnitt auszulegen, beispielsweise ”Mittelpunkt” als Flächenschwerpunkt und ”Radius” als mittlerer Abstand des Randes der Öffnung zum Mittelpunkt. Sofern das Befestigungsmittel eine Schraube oder ein Niet ist, und der Kopf dieses Befestigungsmittels einen Kopf aufweist, so ist ist der Abstand der lokal gehärteten Stelle zum Mittelpunkt der Öffnung vorzugsweise größer als der Radius des Kopfes. Somit ist das Anschrauben sicher durchführbar, ohne beispielsweise durch rauhe Oberflächen oder Aufwürfe der Schweißnaht beeinflusst zu werden.
Die Erfindung ist vorzugsweise bei anzuschraubenen oder anzunietenden Bauteilen eines Fahrzeugsitzes eines Kraftfahrzeuges einsetzbar, kann aber auch für andere Einsatzzwecke verwendet werden.
Im folgenden ist die Erfindung anhand von sieben in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen
1 eine Teilansicht des ersten Ausführungsbeispiels,
2 eine Darstellung der Lochleibung des ersten Ausführungsbeispiels,
3 eine Teilansicht des zweiten Ausführungsbeispiels,
4 eine Teilansicht des dritten Ausführungsbeispiels,
5 eine Teilansicht des vierten Ausführungsbeispiels,
6 eine Teilansicht des fünften Ausführungsbeispiels,
7 eine Teilansicht des sechsten Ausführungsbeispiels,
8 eine Teilansicht des siebten Ausführungsbeispiels,
9 eine Ansicht eines Beschlags mit erfindungsgemäßem Bauteil, und
10 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugsitzes.
Ein Fahrzeugsitz 1 für ein Kraftfahrzeug weist ein Sitzteil 3 und eine Lehne 4, welche relativ zum Sitzteil 3 in ihrer Neigung einstellbar ist. Für diese Neigungseinstellung weist der Fahrzeugsitz 1 vorzugsweise beidseitig je einen Beschlag 10 auf (10). Der Fahrzeugsitz 1 weist als Bestandteil seiner tragenden Struktur ein Bauteil 20 auf. Das Bauteil 20 besteht aus einem härtbaren Stahl. Das Bauteil 20 kann beispielsweise ein Beschlagteil des Beschlags 10 oder ein Adapter am Beschlag 10 sein (9). Das Bauteil 20 wird an einem anderen Bauteil des Fahrzeugsitzes 1, beispielsweise am Sitzrahmen des Sitzteils 3, befestigt mittels Anschrauben oder gegebenenfalls Annieten.
Für die Befestigung weist das Bauteil 20 wenigstens eine Öffnung 22 auf, welche beim Befestigen von der Schraube oder dem Niet durchdrungen wird. In den Ausführungsbeispielen weist die Öffnung 22 – wenigstens vor dem Befestigen – einen kreisförmigen Querschnitt mit einem Mittelpunkt M und einem Radius r auf. In dem Bereich um die Öffnung 22 ist die Dicke des Bauteils 20, also dessen Materialstärke, – wenigstens näherungsweise – konstant. Die Öffnung 22 ist daher eine kreiszylindrische Materialaussparung im Bauteil 20. Entsprechend ist der Rand der Öffnung 22 eine Zylindermantelfläche.
Das Bauteil 20 wird vor der Befestigung im Bereich der Öffnung 22 lokal gehärtet. Hierzu wird vorzugsweise ein Laser verwendet, welcher einen Vorschub aufweist und vorzugsweise die Möglichkeit einer Oszillation quer zur Vorschubrichtung bietet. Der Laserstrahl ist vorzugsweise fokusiert auf eine Spotgröße von 0,05 mm bis 0,2 mm, besonders vorzugsweise 0,05 mm bis 0,1 mm. Mittels des Lasers wird wenigstens eine Schweißnaht 25 erzeugt, beispielsweise mittels Faserlaserschweißens oder mittels Hochleistungsdioden-Laserhärtens. Die Schweißnaht 25 ist eine Blindnaht, d. h. die Schweißnaht 25 verbindet keine zwei Bauteile miteinander. Aufgrund des Aufschmelzens und Erstarrens des Materials des Bauteils 20 wird aufgrund der Ausbildung der Schweißnaht 25 das Bauteil 20 lokal, nämlich im Bereich der Schweißnaht 25, gehärtet. Die Schweißnaht 25 wird von der Öffnung 22 beabstandet ausgebildet, aber an einer Stelle in der Nachbarschaft N der Öffnung 22. Unter Nachbarschaft N der Öffnung 22 soll ein – vorzugsweise ringförmiger – Bereich um den Mittelpunkt M herum mit einem (äußeren) Radius vom Zwei- bis Vierfachen des Radius r der Öffnung 22 verstanden werden, vorzugsweise einem (äußeren) Radius vom Zwei- bis Dreifachen des Radius r der Öffnung 22. In den Ausführungsbeispielen beträgt der Radius der Nachbarschaft N das Dreifache des Radius r der Öffnung 22. Die Nachbarschaft N schließt innen mit dem Rand der Öffnung 22 ab. Wenn der Abstand der Öffnung 22 zum Rand des Bauteils 20 stellenweise geringer ist als der Radius der Nachbarschaft N der Öffnung 22, weist die Nachbarschaft N der Öffnung 22 eine von der Ringform abweichende Form auf.
Wenn das lokal gehärtete Bauteil 20 an dem anderen Bauteil befestigt ist, kann es durch auftretende Kräfte, insbesondere Druckkräfte, zu einer Lochleibung der Öffnung 22 kommen: Die Schraube oder der Bolzen drückt gegen den Rand der Öffnung 22, so dass das Material des Bauteils 20 dort nachgibt und sich verformt. Bei ungehärteten Bauteilen kann die Lochleibung im Vergleich zum Radius r der Öffnung 22 50% und mehr werden und zur Rissbildung führen. Aufgrund des lokalen Härtens des Bauteils 20 bildet die Schweißnaht 25 eine Begrenzung für die Lochleibung, d. h. sobald bei der Lochleibung die Verformung des Bauteils 20 auf den gehärteten Bereich, also vorliegend die Schweißnaht 25, trifft, wird die Verformung gebremst, im idealfall gestoppt. Eine weitere Verformung ist erst bei einem deutlich höheren Lastniveau möglich
Für die Form der Schweißnaht 25 sind mehrere Ausführungen möglich, von denen nachfolgend einige Beispiele beschrieben sind.
Im ersten Ausführungsbeispiel (1 und 2) ist eine einzige Schweißnaht 25 ausgebildet. Die Schweißnaht 25 verläuft kreisförmig um den Mittelpunkt M, also konzentrisch zur Öffnung 22 (d. h. konzentrisch zu deren Rand). Der Radius der Schweißnaht 25 sei mit r₂₅ bezeichnet. Wirkt nun eine Kraft F auf das Bauteil 20, welche das Bauteil 20 gegenüber der Schraube oder dem Bolzen in der Öffnung 22 beaufschlagt, so tritt die Lochleibung auf. In der Richtung der Kraft F vergrößert sich die Abmessung der Öffnung 22 von 2 × r um die Längung Δr. Die auftretende Spannung P beträgt P = F/(2 × r × t), wobei t die Dicke des Bauteils im Bereich der Öffnung 22 ist. Die Dehnung D beträgt D = (r/π + 2 × Δr)/(r/π). Damit die Dehnung D kleiner als die maximale Bruchdehnung ist, muss (im vorliegend berechneten Idealfall) r₂₅ – r kleiner als die zulässige Längung sein, d. h. die Längung Δr darf nur bis zur Schweißnaht 25 reichen.
Im zweiten Ausführungsbeispiel (3) sind genau zwei Schweißnähte 25 ausgebildet. Die beiden Schweißnähte 25 verlaufen – mit jeweils gegenüber dem Radius r der Öffnung 22 unterschiedlichem Radius – kreisförmig um den Mittelpunkt M, also konzentrisch zur Öffnung 22.
Im dritten Ausführungsbeispiel (4) ist eine einzige Schweißnaht 25 ausgebildet, welche spiralförmig um den Mittelpunkt M verläuft, und vorzugsweise mit genau zwei Windungen. Gegenüber den zwei Schweißnähten 25 des zweiten Ausführungsbeispiels besteht der Vorteil, dass keine Unterbrechung vorliegt, d. h. die Ausbildung der Schweißnaht 25 ohne Pause erfolgen kann.
Im vierten Ausführungsbeispiel (5) ist eine einzige Schweißnaht 25 ausgebildet. Die Schweißnaht 25 verläuft bogenförmig über einen Winkel von beispielsweise 50° um einen zum Mittelpunkt M versetzten Krümmungsmittelpunkt M₂₅. Der Krümmungsradius M₂₅ ist beispielsweise drei- bis viermal so groß wie der Radius r der Öffnung 22. Die erwartete Belastungsrichtung verläuft in Verlängerung der Verbindungslinie zwischen dem Mittelpunkt M und dem Krümmungsmittelpunkt M₂₅ der Schweißnaht 25.
Im fünften Ausführungsbeispiel (6) ist eine einzige Schweißnaht 25 ausgebildet. Die Schweißnaht 25 verläuft oval um die Öffnung 22, vorliegend mit einem spitzen Ende, einem stumpfen Ende und einer Symmetrieachse. In Richtung des spitzen Endes kann eine größere Verformung des Materials des Bauteils 20 erfolgen. Der Verlauf der Schweißnaht 25 kann in Abwandlungen nockenförmig, exzentrisch oder anderweitig unsymmetrisch gegenüber dem Oval von 6 sein.
Im sechsten Ausführungsbeispiel (7) ist eine einzige Schweißnaht 25 ausgebildet. bei der Ausbildung wird die Oszillationsmöglichkeit des Lasers benutzt. Die Schweißnaht 25 pendelt daher um eine Grundlinie, welche kreisförmig um den Mittelpunkt M, also konzentrisch zur Öffnung 22 verläuft. Die Zeichnung ist nur schematisch. In der Regel wird die Oszillationsfrequenz wesentlich höher sein. Theoretisch ist eine Dehnung des Bauteils 20 in Umfangsrichtung der Grundlinie möglich.
Im siebten Ausführungsbeispiel (8) ist wenigstens ein Paar linearer, paralleler Schweißnähte 25 ausgebildet, beispielsweise zwei Paare. Die vorgesehenen Paare verlaufen parallel zu einer gedachten Tangente an die Öffnung 22. Die typische Rissbildung erfolgt radial von der Öffnung 22 aus, so dass die Schweißnähte 25 wenigstens näherungsweise senkrecht zu diesen erwarteten Rissen angeordnet sind und deren Ausbreitung stoppen.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeugsitz
3: Sitzteil
4: Lehne
10: Beschlag
20: Bauteil
22: Öffnung
25: Schweißnaht
F: Kraft
M: Mittelpunkt der Öffnung 22
M₂₅: Krümmungsmittelpunkt der Schweißnaht 25
N: Nachbarschaft
r: Radius der Öffnung 22
r₂₅: Radius der Schweißnaht 25
Δr: Längung der Öffnung 22 durch Lochleibung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2009/103641 A2 [0002]

Claims

Bauteil (20), insbesondere für einen Fahrzeugsitz, mit einer Öffnung (22) zur Befestigung des Bauteils (20), welche einen Mittelpunkt (M) und einen Radius (r) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (20) an wenigstens einer Stelle in der Nachbarschaft (N) der Öffnung (22) und von der Öffnung (22) beabstandet lokal gehärtet ist, wobei die Nachbarschaft (N) der Öffnung (22) ein Bereich um den Mittelpunkt (M) herum mit einem Radius von bis zum Vierfachen des Radius (r) der Öffnung (22) ist.
Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (20) mittels wenigstens einer Schweißnaht (25) lokal gehärtet ist, welche insbesondere als Blindnaht ausgebildet ist.
Bauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Schweißnaht (25) kreisförmig um den Mittelpunkt (M) umläuft, wobei insbesondere eine einzige Schweißnaht (25) oder genau zwei Schweißnähte (25) vorgesehen sind.
Bauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Schweißnaht (25) spiralförmig oder oval oder bogenförmig um den Mittelpunkt (M) oder um einen zum Mittelpunkt (M) versetzten Krümmungsmittelpunkt umläuft.
Bauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Schweißnaht (25) um eine Grundlinie oszilliert, welche insbesondere kreisförmig um den Mittelpunkt (M) umläuft.
Bauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Schweißnaht (25) linear verläuft, insbesondere – wenigstens näherungsweise – senkrecht zu der an der Öffnung (22) erwarteten Rissbildung.
Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (20) mittels eines Lasers, insbesondere wenigstens einer mittels des Lasers erzeugten Schweißnaht (25), lokal gehärtet ist.
Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (20) in der Nachbarschaft (N) der Öffnung (22) eine wenigstens näherungsweise konstante Dicke aufweist.
Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (22) der Aufnahme einer Schraube oder eines Niets dient, wobei der Abstand lokal gehärtete Stelle zum Mittelpunkt (M) insbesondere größer ist als der Radius der Schrauben- oder Nietkopfes.
Fahrzeugsitz, insbesondere Kraftfahrzeugsitz, mit wenigstens einem Bauteil (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches insbesondere ein Bestandteil eines Beschlags (10) zur Neigungseinstellung der Lehne des Fahrzeugsitzes ist.