DE102012012250A1

DE102012012250A1 - Fahrzeugsitz

Info

Publication number: DE102012012250A1
Application number: DE201210012250
Authority: DE
Inventors: Stefan Haida
Original assignee: Johnson Controls GmbH
Current assignee: Adient US LLC
Priority date: 2012-02-10
Filing date: 2012-06-22
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2032-06-23
Also published as: DE102012012250B4

Abstract

Es wird ein Fahrzeugsitz, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, vorgeschlagen, welcher zwei Seitenträger und ein zwischen den Seitenträgern angeordnetes Flächenelement aufweist, wobei wenigstens das Flächenelement in Form einer fraktalen Versteifungsstruktur aufgebaut ist.

Description

Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind Fahrzeugsitze bekannt, welche aus Seitenträgern und aus zwischen den Seitenträgern angeordneten horizontalen Querträgern aufgebaut sind. Solche Strukturen werden beispielsweise zum Aufbau von Rückenlehnen verwendet.
Die Druckschrift DE 10 2006 004 467 A1 offenbart beispielsweise eine Struktur der Rückenlehne eines Kraftfahrzeugs mit einem Rahmen, der aus mehreren Profilen zusammengesetzt ist, und mit einem Blech, auf dem der Rahmen angeordnet ist.
Im Falle eines Unfalls müssen solche Strukturen vergleichsweise große Kräfte aufnehmen können, damit der Fahrzeuginsasse sicher gehalten und somit geschützt wird. Die einzelnen Trägerelemente sind daher beispielsweise durch eine entsprechend dicke Materialstärke vergleichsweise stabil und steif ausgebildet. Aufgrund der erhöhten Materialstärke sind diese Fahrzeugsitze vergleichsweise schwer, sowie kostenintensiv in ihrer Herstellung.
Ein weiterer Nachteil solcher Fahrzeugsitze ist, dass sie durch die stabile und steife Konstruktion eine nur geringe Verformbarkeit aufweisen. Zur Vermeidung von Verletzungen des Fahrzeuginsassen beim Auftreten von hohen Verzögerungskräften, beispielsweise während eines Unfalls, ist es wünschenswert, wenn der Fahrzeugsitz trotz einer hohen Endsteifigkeit über eine gewisse Verformbarkeit verfügt, damit einzelne Körperpartien des Fahrzeuginsassen nicht zu stark beansprucht werden.
Offenbarung der Erfindung
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Fahrzeugsitz zur Verfügung zu stellen, der vergleichsweise steif und stabil ist und gleichzeitig eine gewisse Verformbarkeit zur Absorption besonders großer Kräfte, beispielsweise während eines Unfalls, gewährleistet. Zudem soll der Fahrzeugsitz ein geringes Gewicht aufweisen.
Diese Aufgabe wird durch einen Fahrzeugsitz gelöst, der zwei Seitenträger und ein zwischen den Seitenträgern angeordneten Flächenelement aufweist, wobei wenigstens das Flächenelement in Form einer fraktalen Versteifungsstruktur aufgebaut ist.
In vorteilhafter Weise weist die fraktale Versteifungsstruktur ein optimales Verhältnis aus Endsteifigkeit und Verformbarkeit auf, so dass der auf dem Fahrzeugsitz befindliche Fahrzeuginsasse im Falle eines Unfalls optimal gesichert wird. Insbesondere wird eine definierte Verformung des Fahrzeugsitzes zugelassen, so dass sich die von dem Fahrzeugsitz während eines Unfalls auf den Fahrzeuginsassen ausgehenden Kräfte reduzieren. Gleichzeitig sorgt die hohe Endsteifigkeit und Endstabilität des Fahrzeugsitzes dafür, dass der Fahrzeuginsasse auch bei hohen Beschleunigungskräften durch den Fahrzeugsitz sicher fixiert wird.
Die Ausbildung des Flächenelements als fraktale Versteifungsstruktur hat zudem den Vorteil, dass sich das Gesamtgewicht des Fahrzeugsitzes im Vergleich zum Stand der Technik reduziert. Hierdurch lässt sich das Gesamtgewicht des Fahrzeugs senken, so dass sich in vorteilhafter Weise auch der Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs reduziert. Darüber hinaus wird zum Aufbau des Fahrzeugsitzes weniger Material benötigt, so dass die Herstellungskosten sinken. Denkbar ist, dass das Flächenelement als Kunststoffteil ausgebildet ist, welches vorzugsweise in einem Standard-Spritzgussverfahren hergestellt ist. Alternativ kann das Flächenelement aber auch teilweise oder vollständig aus Metall, Kohlefaser und/oder Glasfaser hergestellt sein.
Der Wortlaut ”fraktale Versteifungsstruktur” bedeutet im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere, dass das Flächenelement aus Hauptstrukturen und wabenförmigen Unterstrukturen aufgebaut ist, wobei die wabenförmigen Unterstrukturen feiner als die Hauptstrukturen ausgebildet sind und wobei die wabenförmigen Unterstrukturen zwischen den Hauptstrukturen, insbesondere in Zwischenräumen der Hauptstrukturen, angeordnet sind. Vorteilhafterweise wird hierdurch eine optimale Kombination aus hoher Stabilität, niedrigem Gewicht und definierter plastischer Verformbarkeit erzielt. Die Hauptstrukturen umfassen insbesondere ein die beiden Seitenträger verbindendes Gitter, wobei in den Zwischenräumen innerhalb des Gitters die wabenförmigen Unterstrukturen angeordnet sind.
Besonders bevorzugt umfasst das Flächenelement weitere wabenförmige Unterstrukturen, die wiederum feinmaschiger als die wabenförmigen Unterstrukturen sind und sich innerhalb der wabenförmigen Unterstrukturen erstrecken. Auf diese Weise werden immer kleiner werdende Strukturen realisiert, die aufgrund ihrer unterschiedlichen Größenskalen eine hohe Endsteifigkeit für den Fahrzeugsitz bei einer guten Verformbarkeit (nur bis zu einem bestimmten Grad) gewährleisten.
Besonders bevorzugt ist die fraktale Versteifungsstruktur nach dem Vorbild der Schalenstrukturen von Kieselalgen (Isthmia, Diatomeen) aufgebaut. Solche fraktal strukturierte Strukturen ermöglichen ein optimales Verhältnis zwischen Steifheit und Massenverteilung.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass auch die Seitenträger in Form einer fraktalen Versteifungsstruktur aufgebaut sind.
Die fraktale Versteifungsstruktur ist insbesondere in der Rückenlehne und/oder im Sitzteil des Fahrzeugsitzes ausgebildet.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den wesentlichen Erfindungsgedanken nicht einschränken.
Kurze Beschreibung der Figuren
1 zeigt eine schematische Perspektivansicht einer Vorderseite eines Fahrzeugsitzes gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine schematische Perspektivansicht einer Rückseite des Fahrzeugsitzes gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3a und 3b zeigen schematische Ansichten von Kieselalgen-Schalenstrukturen, welche zum Aufbau des Flächenelements eines Fahrzeugsitzes gemäß einer beispielhaften weiteren Ausführungsform zu Verwenden sind.
Ausführungsformen der Erfindung
In 1 und 2 sind schematische Perspektivansichten einer Rückenlehne 2 eines Fahrzeugsitzes 1 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Rückenlehne 2 ist aus zwei im Wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Seitenträgern 3 aufgebaut, zwischen welchen sich ein Flächenelement 4 erstreckt. Die Seitenträger 3 weisen Aussparungen 5 auf, welche zur Reduktion des Gewichts der Seitenträger 3 dienen. An ihrem oberen Ende sind die beiden Seitenträger 3 mit einem oberen Trägerelement 6 verbunden (nur in 2 dargestellt).
Das Flächenelement 4 ist in Form einer fraktalen Versteifungsstruktur aufgebaut. Das Flächenelement 4 weist hierfür eine Hauptstruktur 7 in Form eines die beiden Seitenträger 3 miteinander verbindenden Gitters 8 und eine wabenförmige Unterstruktur 9 auf. Die wabenförmige Unterstruktur 9 ist in Zwischenräumen 10 der Hauptstruktur 7 angeordnet. Im vorliegenden Beispiel weist die Hauptstruktur 7 auf jeder Seite drei dem jeweiligen Seitenträger 3 zugewandte Zwischenräume 10 auf, welche jeweils mit der wabenförmigen Unterstruktur 9 gefüllt sind. Die wabenförmige Unterstruktur 9 greift sowohl an den Seitenträgern 3, als auch an der Hauptstruktur 7 an. Die Hauptstruktur 7 greift auf jeder Seite mit vier Trägerbalken 12 an den Seitenträgern 3 an, wobei zwischen den Trägerbalken 12 die wabenförmige Unterstruktur 9 ausgebildet ist. Auf seiner Unterseite weist die Hauptstruktur 7 einen nach unten offenen Ausschnitt 11 auf. Das Flächenelement 4 ist beispielsweise aus Kunststoff gefertigt, welches in einem Standard-Spritzgussverfahren hergestellt ist.
Die fraktale Versteifungsstruktur der Rückenlehne 2 ist nach dem Vorbild der Schalenstrukturen 13 von Kieselalgen 14 (Isthmia, Diatomeen) aufgebaut, welche ein optimales Verhältnis zwischen Steifheit und Massenverteilung gewährleisten.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel (nicht abgebildet) ist vorgesehen, dass die wabenförmige Struktur 9 unmittelbar an den Seitenträgern 3 angreift, so dass keine Hauptstruktur 7 mit Trägerbalken 12 notwendig ist. Die wabenförmige Struktur 9 ist dann keine Unterstruktur mehr. In dieser Ausführungsform die die wabenförmige Struktur 9 insbesondere entlang der gesamten Haupterstreckung der Seitenträger 9 an die Seitenträger 9 angebunden.
In einer weiteren Alternative (nicht abgebildet) ist vorgesehen, dass die wabenförmigen Strukturen 9 die Seitenträger 3 nicht berühren, sondern stets von den Seitenträgern 3 beabstandet sind. In diesem Fall sind die wabenförmigen Strukturen 9 nur in insbesondere geschlossene Aussparungen der Hauptstruktur 7 eingebettet.
Ferner wäre auch denkbar, dass die Hauptstruktur 7 selbst eine wabenförmige Struktur 9 aufweist.
Solche Schalenstrukturen der Kieselalgen sind in den 3a und 3b schematisch dargestellt. In den 3a und 3b ist zu sehen, dass jeweils die Zwischenräume von gröberen Hauptstrukturen mit feiner aufgebauten Unterstrukturen versehen sind. Diese Unterstrukturen können wiederum durch noch feinere weitere Unterstrukturen aufgebaut sein. Ein solches Strukturkonzept ermöglicht ferner die Implementierung einer definierten Verformbarkeit in den Fahrzeugsitz 1, wodurch während eines Unfalls auftretende hohe Beschleunigungskräfte zumindest teilweise absorbiert werden können, um den Fahrzeuginsassen zu schützen (auch als ”gutmütiges Versagen” bezeichnet).
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeugsitz
2: Rückenlehne
3: Seitenträger
4: Flächenelement
5: Aussparung
6: Trägerelement
7: Hauptstruktur
8: Gitter
9: wabenförmige Unterstruktur
10: Zwischenräume
11: Ausschnitt
12: Trägerbalken
13: Schalenstrukturen
14: Kieselalgen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006004467 A1 [0002]

Claims

Fahrzeugsitz (1), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, welcher zwei Seitenträger (3) und ein zwischen den Seitenträgern (3) angeordnetes Flächenelement (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens das Flächenelement (4) in Form einer fraktalen Versteifungsstruktur aufgebaut ist.
Fahrzeugsitz (1) nach Anspruch 1, wobei das Flächenelement (4) aus Hauptstrukturen (7) und wabenförmigen Unterstrukturen (9) aufgebaut ist, wobei die wabenförmigen Unterstrukturen (9) feiner als die Hauptstrukturen (7) ausgebildet sind.
Fahrzeugsitz (1) nach Anspruch 2, wobei die wabenförmigen Unterstrukturen (9) zwischen den Hauptstrukturen (7), insbesondere in Zwischenräumen (10) der Hauptstrukturen (7), angeordnet sind.
Fahrzeugsitz (1) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei die Hauptstrukturen (7) ein die beiden Seitenträger (3) verbindendes Gitter (8) umfassen, wobei in den Zwischenräumen (10) innerhalb des Gitters (8) die wabenförmigen Unterstrukturen (9) angeordnet sind.
Fahrzeugsitz (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei das Flächenelement (4) weitere wabenförmige Unterstrukturen (9') aufweist, die feinmaschiger als die wabenförmigen Unterstrukturen (9) ausgebildet sind und sich innerhalb der wabenförmigen Unterstrukturen (9) erstrecken.
Fahrzeugsitz (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Flächenelement (4) als Kunststoffteil ausgebildet ist, welches vorzugsweise in einem Standard-Spritzgussverfahren hergestellt ist.
Fahrzeugsitz (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Flächenelement (4) teilweise oder vollständig aus Metall, Kohlefaser und/oder Glasfaser hergestellt sein.
Fahrzeugsitz (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die fraktale Versteifungsstruktur nach dem Vorbild der Schalenstrukturen von Kieselalgen aufgebaut ist.
Fahrzeugsitz (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ferner die Seitenträger (3) in Form einer fraktalen Versteifungsstruktur aufgebaut sind.
Fahrzeugsitz (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die fraktale Versteifungsstruktur in der Rückenlehne (2) und/oder in einem Sitzteil des Fahrzeugsitzes (1) ausgebildet ist.