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Die Erfindung betrifft einen Fahrzeugsitz sowie ein Verfahren zur Herstellung des Fahrzeugsitzes.
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Im Fahrzeugbau ist man aus Gründen der Kraftstoffersparnis bestrebt, die Fahrzeugkomponenten und somit auch die Fahrzeugsitze leichter zu gestalten. Der Leichtbau soll konsequent angewendet werden.
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Aufgrund von immer härter werden Crash-Impulsen aufgrund von Downsizing in der Knautschzone, sowie von immer steifer werdenden Karosserien verschärfen sich jedoch die Anforderungen an die Fahrzeugsitze und die Verstellmechanismen der Fahrzeugsitze zunehmend.
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Es ist das Ziel leichtere, aber auch noch robustere, schadenstolerante und sichere Fahrzeugsitze wie auch Verstellmechanismen zu entwickeln.
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Bisher wird dem Problem mit einer erhöhten Materialdicke sowie erhöhten Festigkeiten der konventionellen, kalt umgeformten Sitzkomponenten entgegengewirkt.
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Den Festigkeiten der kalt umgeformten Sitzkomponenten sind jedoch materialbedingte Grenzen gesetzt, und zudem lassen sich Materialen mit hohen Festigkeiten auch nur sehr schwer umformen. Es treten eine Rückfederung sowie ein hoher Werkzeugverschleiß ein. Kalt umgeformte Sitzkomponenten weisen eine Streckgrenze ReH = 350–450 MPa und eine Zugfestigkeit Rm = 500–800 MPa auf.
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Daneben wird teilweise auch die Materialdicke reduziert und dem Steifigkeitsverlust durch eine Erhöhung der geometrischen Steifigkeit durch Ausbildung eines Fachwerks mit einer stark vergrößerten Anzahl von Einzelteilen und Verbindungsstellen entgegengewirkt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Fahrzeugsitz zu schaffen, der trotz Leichtbaus eine hohe Festigkeit aufweist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Es wird ein Fahrzeugsitz, umfassend eine Sitzlehne und ein eine Sitzfläche aufweisendes Sitzelement vorgeschlagen, wobei vorgesehen ist,
dass in die Sitzlehne ein aus einem Blech ausgebildetes einteiliges warmumgeformtes Blechformteil und/oder in das Sitzelement ein aus einem Blech ausgebildetes einteiliges warmumgeformtes Blechformteil integriert ist; und
dass das Blechformteil formsteif ausgebildet ist, indem in dem Blechformteil einander gegenüberstehende seitliche Randabschnitte und mindestens eine Quertraverse als Hohlwangen ausgebildet sind.
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Der vorgeschlagene Fahrzeugsitz weist wegen der eingefügten formsteifen Blechformteile eine hohe Festigkeit und Formsteifigkeit auf, wobei die Formsteifigkeit eine relativ geringe Materialstärke des Blechformteils ermöglicht.
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Mittels Warmumformen kann aus einem Blech in einem Arbeitsgang das Blechformteil hergestellt werden. Es ist aber auch möglich, die Formgebung des Blechs zunächst mittels Kaltumformen grob vorzunehmen, dieses Formteil zu beschneiden und es anschließend durch Warmumformen in die endgültige, passgenaue Form zu bringen.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Blechformteil zumindest abschnittsweise pressgehärtet ist.
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Das Blechformteil kann aus Stahlblech ausgebildet sein, beispielsweise aus Bor-Stahl 22MnB5.
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Es kann auch vorgesehen sein, dass das Blechformteil aus einem Leichtmetall, bevorzugt aus Titan oder einer Aluminium- und/oder Titanlegierung ausgebildet ist.
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Es kann vorgesehen sein, dass die als Hohlwangen ausgebildeten seitlichen Randabschnitte sowie die mindestens eine Quertraverse des in die Sitzlehne integrierten Blechformteils und/oder die als Hohlwangen ausgebildeten seitlichen Randabschnitte sowie die mindestens eine Quertraverse in das Sitzelement integrierten Blechformteils jeweils eine Breite im Bereich von 3 bis 15% der Breite des Blechformteils aufweisen. Die Breite des in die Sitzlehne integrierten Blechformteils ist der Abstand der Außenseiten der Fußseite der seitlichen Randabschnitte. Die Breite des in das Sitzelement integrierten Blechformteils ist der Abstand der Außenseiten der seitlichen Randabschnitte im Bereich der vorderen Quertraverse. Die Breite der seitlichen Randabschnitte sowie der mindestens einen Quertraverse ist die mittlere Breite der jeweiligen Hohlwange.
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Es kann vorgesehen sein, dass das in die Sitzlehne integrierte Blechformteil eine obere Quertraverse aufweist.
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Es kann auch vorgesehen sein, dass das in die Sitzlehne integrierte Blechformteil eine obere Quertraverse und eine untere Quertraverse aufweist.
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Der zwischen den seitlichen Randabschnitten sowie der oberen Quertraverse und der unteren Quertraverse angeordnete Abschnitt des in die Sitzlehne integrierten Blechformteils kann als eine aus Hohlwangen gebildete gitterartige Struktur ausgebildet sein.
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Es kann auch vorgesehen sein, dass der zwischen den seitlichen Randabschnitten sowie der oberen Quertraverse und der unteren Quertraverse angeordnete Bereich des in die Sitzlehne integrierten Blechformteils eine geschlossene Fläche bildet.
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Aus dem dem Sitzelement benachbarten Abschnitt der Außenseite mindestens eines seitlichen Randabschnitts des in die Sitzlehne integrierten Blechformteils kann eine Verzahnung herausgeformt sein. Die Verzahnung kann beispielsweise als Element einer formschlüssigen Verbindung mit einem in der Verzahnung angeordneten Übertragungselement ausgebildet sein. In diesem Fall kann die Verzahnung auch eine von üblichen Verzahnungen abweichende Geometrie aufweisen. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Verzahnung ein Zahnrad bildet, das als Übertragungselement eines Verstellgetriebes für die Sitzlehne vorgesehen ist. Das Verstellgetriebe kann beispielsweise als ein Planetenradgetriebe ausgebildet sein, wobei das Zahnrad ein Sonnenrad bildet, in dem ein oder mehrere Planetenräder abrollen. In diesem Fall ist neben dem Vorteil des Leichtbaus die eintretende Zeit- und Kostenersparnis gegenüber einem konventionell hergestellten Sonnenrad hervorzuheben, das mit dem Blechformteil drehstarr verbunden werden muss.
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Das in das Sitzelement integrierte Blechformteil kann eine vordere Quertraverse und/oder eine hintere Quertraverse aufweisen.
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Es kann vorgesehen sein, dass der zwischen den seitlichen Randabschnitten sowie der vorderen Quertraverse und der hinteren Quertraverse angeordnete Bereich des in das Sitzelement integrierten Blechformteils als eine aus Hohlwangen gebildete gitterartige Struktur ausgebildet ist.
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In einer weiteren Ausbildung kann vorgesehen sein, dass der zwischen den seitlichen Randabschnitten sowie der vorderen Quertraverse und der hinteren Quertraverse angeordnete Bereich des in das Sitzelement integrierten Blechformteils eine geschlossene Fläche bildet.
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Der die geschlossene Fläche bildende Bereich der Sitzlehne bzw. des Sitzelements kann eine höhere Materialstärke als die übrigen Abschnitte des Blechformteils aufweisen und/oder mit einem Blech aus hochfestem Material plattiert sein.
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Es kann weiter vorgesehen sein, dass die Sitzlehne und das Sitzelement einstückig als ein einteiliges Blechformteil ausgebildet sind. Diese einteilige Ausbildung kann beispielsweise vorgesehen sein für Einsatz des Fahrzeugsitzes in Fahrzeugen mit hohen Sicherheitsanforderungen wie beispielsweise Beschussfestigkeit.
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Weiter kann vorgesehen sein, dass das in die Sitzlehne integrierte Blechformteil erhöhte seitliche Randabschnitte aufweist und/oder dass das in das Sitzelement integrierte Blechformteil erhöhte seitliche Randabschnitte aufweist. Auch diese Ausbildung kann beispielsweise vorgesehen sein für Einsatz des Fahrzeugsitzes in Fahrzeugen mit hohen Sicherheitsanforderungen, beispielsweise hinsichtlich Beschusssicherheit.
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Das in das Sitzelement integrierte Blechformteil kann von der hinteren Quertraverse abstehende Lagerarme aufweisen, die einstückig mit dem Blechformteil ausgebildet sind und einen hervorspringenden Führungszapfen aufweisen, der in eine in dem benachbarten seitlichen Randabschnitt des Sitzelements ausgebildete Führungskulisse eingreift oder umgekehrt. Durch diese konstruktive Ausbildung wird erreicht, dass auf die Sitzlehne auftreffende Crash-Impulse nicht zu einer seitlichen Verschiebung und/oder einem Verkippen des in die Sitzlehne integrierten Blechformteils gegenüber dem in das Sitzelement integrierten Blechformteil führen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe weiter mit dem Gegenstand des Anspruchs 18 gelöst. Es wird ein Verfahren zum Herstellen eines Fahrzeugsitzes, umfassend eine Sitzlehne und ein eine Sitzfläche aufweisendes Sitzelement, vorgeschlagen, wobei vorgesehen ist, dass ein Blech in einem Formwerkzeug warm umgeformt wird unter Ausbildung eines Blechformteils, welches seitliche Randbereiche und mindestens eine Quertraverse als Hohlwangen aufweist; und dass das Blechformteil sodann in die Sitzlehne integriert wird und/oder das Blechformteil in das Sitzelement integriert wird.
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Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht es, hochfestes Material einzusetzen und in einem Arbeitsgang das Material umzuformen, wobei ein hoher Umformgrad ohne Qualitätsverluste möglich ist.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Blech vor dem Warmumformen in einem Formwerkzeug kalt vorgeformt wird. In diesem Fall erhält das vorgeformte Blechformteil durch das Warmumformen die endgültige, passgenaue Form.
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Weiter kann vorgesehen sein, dass das Blechformteil in dem geschlossenen Formwerkzeug unmittelbar nach dem Warmumformen pressgehärtet wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung kann vorgesehen sein, dass Bereiche des Blechformteils von der Presshärtung ausgenommen werden, das heißt duktil ausgebildet werden. In diesen Bereichen kann beispielsweise das Presswerkzeug so ausgebildet sein, dass es keine oder nur wenige Kühlkanäle aufweist oder isoliert oder beheizt ist. Duktile Bereiche können beispielsweise Knautschzonen ausbilden, die bei einem Crash auftretende Energien durch Verformungsarbeit aufnehmen.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Blechformteil aus einem Stahlblech ausgebildet wird, beispielsweise aus Bor-Stahl 22MnB5.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Presshärten so durchgeführt wird, dass das Blechformteil nach dem Presshärten eine obere Streckgrenze ReH = 950–1250 MPa aufweist.
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Weiter kann vorgesehen sein, dass das Presshärten so durchgeführt wird, dass das Blechformteil nach dem Presshärten eine Zugfestigkeit Rm = 1350–1600 MPa aufweist.
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Es kann auch vorgesehen sein, dass das Blechformteil aus einem Leichtmetall, bevorzugt aus Titan oder einer Aluminium- und/oder Titanlegierung ausgebildet wird. Auch bei Verarbeitung dieser Werkstoffe bietet das Warmumformen in Verbindung mit der formsteifen Ausbildung des Blechformteils die vorbeschriebenen Vorteile, wobei weiter der Vorteil zu verzeichnen ist, dass eine Massenreduzierung eintritt.
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Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen
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1 einen erfindungsgemäßen Fahrzeugsitz in einer schematischen Seitenansicht;
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2a ein erstes Ausführungsbeispiel eines in die Sitzlehne integrierten Blechformteils in einer schematischen Draufsicht;
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2b das Blechformteil in 2a in einer schematischen Schnittansicht längs der Schnittlinie IIb-IIb in 2a;
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3a ein erstes Ausführungsbeispiel eines in das Sitzelement integrierten Blechformteils in einer schematischen Draufsicht;
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3b das Blechformteil in 3a in einer schematischen Schnittansicht längs der Schnittlinie IIIb-IIIb in 3a;
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4a ein zweites Ausführungsbeispiel eines in die Sitzlehne integrierten Blechformteils in einer schematischen Draufsicht;
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4b das Blechformteil in 4a in einer schematischen Schnittansicht längs der Schnittlinie IVb-IVb in 4a;
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5 ein drittes Ausführungsbeispiel eines in die Sitzlehne integrierten Blechformteils in einer schematischen Draufsicht;
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6 eine Einzelheit VI des Blechformteils in 5 in einer schematischen Schnittdarstellung;
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7 die Einzelheit VI in einer Seitenansicht mit schematischer Schnittdarstellung;
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8 ein Ausführungsbeispiel zur Verbindung der in die Sitzlehne bzw. in das Sitzelement integrierten Blechformteile in einer schematischen Ansicht;
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8a einen vergrößerten Ausschnitt aus 8;
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9a ein viertes Ausführungsbeispiel eines in die Sitzlehne integrierten Blechformteils in einer schematischen Draufsicht;
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9b das Blechformteil in 9a in einer schematischen Schnittansicht längs der Schnittlinie IXb-IXb in 9a;
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10a ein zweites Ausführungsbeispiel eines in das Sitzelement integrierten Blechformteils in einer schematischen Draufsicht;
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10b das Blechformteil in 10a in einer schematischen Schnittansicht längs der Schnittlinie Xb-Xb in 10a.
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1 zeigt einen erfindungsgemäßen Fahrzeugsitz 1, der eine Sitzlehne 2 und ein Sitzelemente 3 mit einer Sitzfläche aufweist, die durch eine Verstelleinrichtung 4 miteinander verbunden sind. Die Sitzlehne 2 ist um eine senkrecht zur Zeichenebene der 1 erstreckte Schwenkachse schwenkbar. Damit kann beispielsweise eine bequeme Sitzposition eingestellt werden. In die Sitzlehne 2 ist ein Blechformteil 21 integriert, das eine Basis für eine Sitzpolsterung bietet und der Sitzlehne die erforderliche Festigkeit gibt. Ebenso ist in das Sitzelement 3 ein Blechformteil 31 integriert, das eine Basis für eine Sitzpolsterung bietet und dem Sitzelement die erforderliche Festigkeit gibt.
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Die 2a und 2b zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel für die Ausbildung des in die Sitzlehne 2 integrierten Blechformteils 21. Das Blechformteil 21 ist aus einem Stahlblechhalbzeug durch Warmumformen in einer Warmumformpresse geformt und nach dem Warmumformen pressgehärtet. Zum Presshärten wird das Werkstück bis über die Austenitisierungstemperatur erwärmt und sodann in der geschlossenen Pressform rasch abgekühlt. Es ist auch möglich, Bereiche des Werkstücks langsam abzukühlen, so dass diese Bereiche nicht gehärtet werden und duktil bleiben. Solche Bereiche sind beispielsweise geeignet, Energie im Falle eines Aufpralls aufzunehmen, wobei eine Verformung des duktilen Bereichs eintritt. Die sogenannten „Knautschzonen” beruhen auf diesem Prinzip.
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Das Blechformteil 21 weist eine hohe Formsteifigkeit auf, weil seitliche Randabschnitte 11 und eine obere Quertraverse 12 als Hohlkehlen ausgebildet sind. Die Hohlkehlen weisen einen U-förmigen Querschnitt auf und gehen in den Eckabschnitten ineinander über. Die so ausgebildeten U-Profile weisen eine hohe Formsteifigkeit auf. Die U-Profile sind in den dargestellten Ausführungsbeispielen zur Rückseite der Sitzlehne 2 bzw. zur Unterseite der Sitzfläche 3 geöffnet. Es ist aber auch möglich, dass die Öffnung der U-Profile zu den Vorderseiten weist. Auch eine für Sitzlehne und Sitzfläche unterschiedliche Orientierung der U-Profile ist möglich.
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Die Hohlwangen weisen eine Breite im Bereich von 3 bis 15% der Breite SLB des Blechformteils 21 auf. Wie 2a zeigt, ist die Breite SLB des in die Sitzlehne 2 integrierten Blechformteils 21 der Abstand der Außenseiten der Fußseite der seitlichen Randabschnitte 11. In dem in 2a, 4a, 5, 8 und 9a dargestellten Ausführungsbeispielen ist die Breite SLB zugleich die maximale Breite des Blechformteils 21.
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Weiter weist das pressgehärtete Material des Blechformteils 21 eine hohe Materialfestigkeit auf. Die obere Streckgrenze ReH des Materials nach dem Presshärten ist im Bereich von 950–1250 MPa. Die Zugfestigkeit Rm des Materials nach dem Presshärten ist im Bereich von 1350–1600 MPa. Bei einachsiger und momentenfreier Zugbeanspruchung des Materials bezeichnet die Streckgrenze diejenige Spannung, bis zu der das Material nicht dauerhaft verformt wird, das heißt das Material nicht fließt.
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Die 3a und 3b zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel für die Ausbildung des in das Sitzelement 3 integrierten Blechformteils 31. Das Blechformteil 31 ist wie das vorstehend beschriebene Blechformteil 21 aus einem Stahlblechhalbzeug durch Warmumformen in einer Warmumformpresse geformt und nach dem Warmumformen pressgehärtet.
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Das Blechformteil 31 weist ebenfalls eine hohe Formsteifigkeit auf, weil seitliche Randabschnitte 11 sowie eine vordere Quertraverse 14 und eine hintere Quertraverse 15 als eine umlaufende Hohlkehle ausgebildet sind, die ebenfalls einen U-förmigen Querschnitt aufweist. Die hintere Quertraverse 15 ist der Sitzlehne 2 zugewandt.
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Die Hohlwangen weisen eine Breite im Bereich von 3 bis 15% der Breite SB des Blechformteils 31 auf. Wie 3a zeigt, ist die Breite SB des in das Sitzelement 3 integrierten Blechformteils 31 der Abstand der Außenseiten der der seitlichen Randabschnitte 11 im Bereich der vorderen Quertraverse 14.
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Die 4a und 4b zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel des in die Sitzlehne integrierten Blechformteils 21. Das Blechformteil 21 ist wie das in 2a und 2b beschriebene Blechformteil ausgebildet mit dem Unterschied, dass neben der oberen Quertraverse 12 eine untere Quertraverse 13 vorgesehen ist, so dass eine umlaufende Hohlkehle ausgebildet ist.
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Die 5 bis 7 zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel des in die Sitzlehne integrierten Blechformteils 21. Das Blechformteil 21 ist wie das in 2a und 2b beschriebene Blechformteil ausgebildet mit dem Unterschied, dass aus den der Sitzfläche 3 benachbarten Abschnitten der Außenseiten der seitlichen Randabschnitte 11 jeweils eine Verzahnung 17 herausgeformt ist. In die Verzahnung 17 greift ein Zahnrad 17z formschlüssig ein, das mit einer Stellwelle 16 drehstarr verbunden ist. Anstelle einer Verzahnung und eines Zahnrads können auch andere formschlüssig ineinander greifende Elemente vorgesehen sein. Das Zahnrad 17z kann auch als Übertragungselement eines Verstellgetriebes für die Sitzlehne 2 vorgesehen sein. Das Verstellgetriebe kann beispielsweise als ein Planetenradgetriebe ausgebildet sein, wobei das Zahnrad 17z ein Sonnenrad bildet, in dem ein oder mehrere Planetenräder abrollen. In diesem Fall ist neben dem Vorteil des Leichtbaus die eintretende Zeit- und Kostenersparnis gegenüber einem gefrästen Sonnenrad hervorzuheben.
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8 zeigt ein Ausführungsbeispiel zur Verbindung der in die Sitzlehne 2 bzw. in das Sitzelement 3 integrierten Blechformteile 21 und 31. In der 8 liegen die beiden Blechformteile 21 und 31 in einer Ebene und schließen einen Winkel von 180° ein. In der Gebrauchslage des Fahrzeugsitzes 1 schließen sie einen Winkel von ungefähr 90° ein. Das Blechformteil 31 des Sitzelements 3 weist in dem in 8 dargestellten Ausführungsbeispiel von der hinteren Quertraverse abstehende Lagerarme 151 auf, die einstückig mit dem Blechformteil 31 ausgebildet sind. Die Lagerarme 151 sind von Lagerbolzen 18 durchgriffen. Die seitlichen Randabschnitte 11 des Blechformteils 21 der Sitzlehne 2 weisen an der Innenseite fußseitig Durchgangslöcher zur Aufnahme der Lagerbolzen 18 auf. In der stark schematischen Darstellung in 8 ist offen gelassen, mit welchen Mitteln und in welcher Weise die Lagerbolzen 18 gelagert und befestigt sind. Die Lagerbolzen 18 können in die weiter oben beschriebene Verstelleinrichtung 4 integriert sein.
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Die Lagerarme 151 können, wie in 8a dargestellt, einen hervorspringenden Führungszapfen 15z aufweisen, der in eine in dem benachbarten seitlichen Randabschnitt 11 des Sitzelements 3 ausgebildete kreisbogenförmige Führungskulisse 11k eingreift. Durch diese konstruktive Ausbildung wird erreicht, dass auf die Sitzlehne 2 auftreffende Crash-Impulse nicht zu einer seitlichen Verschiebung und/oder einem Verkippen des in die Sitzlehne 2 integrierten Blechformteils 21 gegenüber dem in das Sitzelement 3 integrierten Blechformteil 31 führen.
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Es kann auch vorgesehen sein, das Blechformteil 21 nicht verschwenkbar auszubilden, sondern die Blechformteile 21 und 31 einstückig auszubilden, um beispielsweise einen gegen Verformungen besonders stabilen Fahrzeugsitz 1 zu schaffen.
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Die 9a und 9b zeigen ein viertes Ausführungsbeispiel eines in die Sitzlehne 2 integrierten Blechformteils 21. Das Blechformteil 21 ist wie das in 4a und 4b weiter beschriebene Blechformteil ausgebildet mit dem Unterschied, dass der zwischen den seitlichen Randabschnitten 11 sowie der vorderen Quertraverse 14 und der hinteren Quertraverse 15 angeordnete Bereich des in die Sitzlehne 2 integrierten Blechformteils 21 als eine aus Hohlwangen gebildete gitterartige Struktur 19 ausgebildet ist. Auf diese Weise ist ein flächiger Bereich mit hoher Formsteifigkeit ausgebildet.
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Die 10a und 10b zeigen ein analoges Ausführungsbeispiel für das in das Sitzelement 3 integrierte Blechformteil 31.
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Es kann auch vorgesehen sein, dass die vorgenannten Innenbereiche der Blechformteile 21 und 31 als eine geschlossene Fläche ausgebildet sind. Die geschlossene Fläche kann bei besonderen Anforderungen, wie beispielsweise Ausbildung von Beschusssicherheit, eine höhere Materialstärke oder ein anderes Material, beispielsweise einen Sicherheitsstahl, als die übrigen Abschnitte des Blechformteils 21, 31 aufweisen und/oder mit einem Blech aus beschussfestem Material plattiert sein.
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In den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen sind die Blechformteile 21, 31 als warmumgeformte und pressgehärtete Blechformteile ausgebildet. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, die Blechformteile lediglich durch Warmumformung auszubilden. Unter diesem Aspekt können die Blechformteile auch aus einem Leichtmetall, bevorzugt aus Titan oder einer Aluminium- und/oder Titanlegierung ausgebildet sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeugsitz
- 2
- Sitzlehne
- 3
- Sitzelement
- 4
- Verstelleinrichtung
- 11
- seitlicher Randabschnitt
- 11k
- Führungskulisse
- 12
- obere Quertraverse
- 13
- untere Quertraverse
- 14
- vordere Quertraverse
- 15
- hintere Quertraverse
- 15l
- Lagerarm
- 15z
- Führungszapfen
- 16
- Stellwelle
- 17
- Verzahnung
- 17z
- Zahnrad
- 18
- Lagerbolzen
- 19
- gitterartige Struktur
- 21
- in die Sitzlehne integriertes Blechformteil
- 31
- in das Sitzelement integriertes Blechformteil
