DE102017122183A1

DE102017122183A1 - Geometrieversteller auxetisch

Info

Publication number: DE102017122183A1
Application number: DE102017122183.2A
Authority: DE
Inventors: Andreas Höpfner
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2017-09-25
Filing date: 2017-09-25
Publication date: 2019-03-28

Abstract

Eine Vorrichtung zur Verstellung der Härte und/oder Geometrie von Sitzelementen eines Fahrzeugsitzes, weist eine Verstelleinrichtung zum Verstellen der Härte und/oder Geometrie eines Sitzelements des Fahrzeugsitzes, und eine Betätigungseinrichtung zum Betätigen der Verstelleinrichtung auf. Die Verstelleinrichtung (1; 70-74) umfasst ein auxetisches Material (50) und ist ausgelegt, sodass bei Betätigung durch die Betätigungseinrichtung eine Zugkraft in einer ersten Richtung (x1) auf das auxetische Material ausgeübt wird, wodurch eine Dehnung des auxetischen Materials in der ersten Richtung (x1) und eine Weitung des auxetischen Materials in einer zweiten Richtung (x2) quer zur ersten Richtung bewirkt wird, um die Härte und/oder Geometrie des Sitzelements (87) des Fahrzeugsitzes zu verstellen.
Die Verstelleinrichtung mit auxetischen Materialien zeichnet sich durch weniger Bauteile, einen höheren Wirkungsgrad, einen geringeren Platzbedarf, eine höhere Variabilität, ein geringeres Gewicht und einen einfacheren Aufbau aus. Verstelleinrichtungen mit auxetischen Materialien können insbesondere auch mit gebogenen Konturen oder flächenveränderlich in einfacher Weise ausgebildet werden.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Verstellung der Härte und/oder Geometrie von Sitzelementen eines Fahrzeugsitzes, bevorzugt eines Kraftfahrzeugsitzes, und betrifft insbesondere eine Vorrichtung zur Verstellung der Härte und/oder Geometrie von Sitzelementen eines Fahrzeugsitzes, ein Gestell für einen Fahrzeugsitz sowie einen Fahrzeugsitz mit zumindest einer solchen Vorrichtung.
Stand der Technik
DE 20 2009 000 559 U1 der Anmelderin offenbart eine Vorrichtung zum Verstellen der Härte und Geometrie von Sitzelementen eines Kraftfahrzeugsitzes gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Derartige Vorrichtungen werden elektrisch mit einem Spindelantrieb oder mechanisch mit einem Bowdenzug verstellt, haben jedoch einen vergleichsweise komplizierten Aufbau mit relativ vielen mechanischen Komponenten.
Vergleichbare Vorrichtungen sind aus der DE 197 37 271 C1 , DE 90 14 111 U1 , DE 20 2005 006 988 U1 und DE 197 50 116 C2 bekannt.
Es besteht somit Bedarf nach solchen Vorrichtungen mit vereinfachtem Aufbau.
Aus dem Stand der Technik sind auxetische Materialien bekannt, die die ungewöhnliche Eigenschaft haben, sich bei einer Streckung quer zur Streckrichtung auszudehnen. Diese sind durch eine negative Poissonzahl charakterisiert.
Aus dem Stand der Technik ist die Verwendung von auxetischen Materialien für Schwingungs- oder Dämpfungsabsorbierende Strukturen bekannt, wie beispielsweise in EP 1 612 108 A1 oder US 2013 0264757 A1 offenbart.
US 2015 0320220 A1 offenbart einen Bürostuhl mit einem horizontalen Sitzabschnitt und einer aufrechten Rückenlehne, die eine flexible Membran oder ein flexibles Gitter aufweist. Zumindest ein Teil des Gitters umfasst ein auxetisches Material mit einer negativen Poissonzahl, wobei ein Dehnen des auxetischen Materials in einer ersten und/oder zweiten Richtung bewirkt, dass sich die Membran bzw. das Gitter in der anderen der zweiten und/oder ersten Richtung ausdehnt.
Zusammenfassung der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verstellung der Härte und/oder Geometrie von Sitzelementen eines Fahrzeugsitzes weiter zu vereinfachen und zuverlässiger zu machen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Verstellung der Härte und/oder Geometrie von Sitzelementen eines Fahrzeugsitzes nach Anspruch 1, durch ein Gestell bzw. einen Rahmen für einen Fahrzeugsitz mit zumindest einer solchen Vorrichtung nach Anspruch 26, durch einen Fahrzeugsitz nach Anspruch 29 sowie durch eine Verwendung nach Anspruch 38 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der rückbezogenen Unteransprüche.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Verstellung der Härte und/oder Geometrie von Sitzelementen eines Fahrzeugsitzes, insbesondere eines Kraftfahrzeugsitzes bereitgestellt, mit einer Verstelleinrichtung zum Verstellen der Härte und/oder Geometrie eines Sitzelements des Fahrzeugsitzes, und einer Betätigungseinrichtung zum Betätigen der Verstelleinrichtung. Erfindungsgemäß umfasst die Verstelleinrichtung ein auxetisches Material, wobei die Verstelleinrichtung ausgelegt ist, sodass bei Betätigung durch die Betätigungseinrichtung eine Zugkraft in einer ersten Richtung auf das auxetische Material ausgeübt wird, wodurch eine Dehnung des auxetischen Materials in der ersten Richtung und eine Weitung des auxetischen Materials in einer zweiten Richtung quer zur ersten Richtung bewirkt wird, um die Härte und/oder Geometrie des Sitzelements des Fahrzeugsitzes zu verstellen.
Aufwändige Experimente des Erfinders mit auxetischen Materialien haben gezeigt, dass sich auxetische Materialien durch die ungewöhnliche Eigenschaft, sich bei einer Streckung quer zur Streckrichtung auszudehnen, auch im Bereich von Fahrzeugsitzen, insbesondere von Kraftfahrzeugsitzen, hervorragend für die Verstellung der Härte und/oder Geometrie von Abschnitten eines Fahrzeugsitzes eignen. Im Vergleich zu mechanisch, elektrisch oder pneumatisch angetriebenen Sitzverstellungen zeichnen sich Verstelleinrichtungen nach der vorliegenden Erfindung mit auxetischen Materialien durch weniger Bauteile, einen höheren Wirkungsgrad, einen geringeren Platzbedarf, eine höhere Variabilität, ein geringeres Gewicht und einen einfacheren Aufbau aus. Verstelleinrichtungen mit auxetischen Materialien können insbesondere auch mit gebogenen Konturen oder flächenveränderlich in einfacher Weise ausgebildet werden.
Die Betätigungseinrichtung kann eine rein mechanisch wirkende Betätigungseinrichtung, beispielsweise ein Drehrad oder ein Bowdenzug, eine elektrische Betätigungseinrichtung, beispielsweise ein Elektromotor mit einem Spindelantrieb, oder auch ein pneumatischer Antrieb sein und ermöglicht eine kontrollierte Verstellung in der ersten Richtung. Diese Verstellung wird durch die Verstelleinrichtung in eine Streckung des auxetischen Materials in der ersten Richtung übersetzt. Hierzu ist das auxetische Material in geeigneter Weise mit der Verstelleinrichtung gekoppelt, wie nachfolgend ausgeführt, Bevorzugt werden dabei Anordnungen, bei denen das auxetische Material an einem Ende an einer ortsfesten Referenzfläche befestigt bzw. gelagert ist, während das gegenüberliegende andere Ende, in der ersten Richtung betrachtet, mit der Verstelleinrichtung gekoppelt ist, sodass das auxetische Material bei Betätigung durch die Betätigungseinrichtung in der ersten Richtung geeignet gestreckt werden kann. Dabei sollte die Ausdehnung des auxetischen Materials in der zweiten Richtung, senkrecht zur ersten Richtung, nicht durch Gehäuseabdeckungen oder dergleichen der Verstelleinrichtung behindert sein. Die Verstelleinrichtung ist deshalb in der zweiten Richtung bevorzugt auf zumindest einer Seite geöffnet ausgebildet, um eine freie Ausdehnung des auxetischen Materials zu ermöglichen. Bevorzugt ist die Verstelleinrichtung in der zweiten Richtung auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten geöffnet ausgebildet, um eine symmetrische Ausdehnung des auxetischen Materials in der zweiten Richtung zu ermöglichen. In der ersten Richtung ist das auxetische Material bevorzugt vollständig in der Verstelleinrichtung aufgenommen.
Um eine Verstellung in einem Sitzabschnitt kontrolliert auslösen zu können, wird es bevorzugt, wenn das auxetische Material bei seiner Ausdehnung quer zur Streckrichtung gegen eine Verstellfläche drückt, die ihrerseits eine Verstellung des Sitzabschnitts bewirkt, beispielsweise eines gepolsterten Abschnitts des Fahrzeugsitzes. Diese Verstellfläche kann fest und plattenförmig ausgebildet sein, etwa in der Art von verstellbaren Funktionsklappen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Verstellfläche schwenkbeweglich relativ zu einer ortsfesten Basisfläche gelagert, wobei das auxetische Material zwischen der ortsfesten Basisfläche und der schwenkbeweglich gelagerten Verstellfläche angeordnet ist, sodass die Verstellfläche bei Weitung des auxetischen Materials in der zweiten Richtung relativ zu der ortsfesten Basisfläche verschwenkt wird. Die Weitung des auxetischen Materials wird auf diese Weise in eine definierte Winkelverstellung übersetzt, was sich beispielsweise für die Verstellung von Seitenwangen, der Vorderkante oder von Lordosestützen eines Fahrzeugsitzes eignet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Verstellfläche zwei Teilabschnitte auf zwei Seiten des auxetischen Materials, die in der zweiten Richtung einander gegenüber liegen, auf, wobei ein Abstand zwischen den beiden Teilabschnitten bei Weitung des auxetischen Materials in der zweiten Richtung vergrößert wird. Die Weitung des auxetischen Materials wird auf diese Weise in eine definierte Ausdehnung eines Sitzabschnitts übersetzt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Verstellfläche in einer Schnittansicht senkrecht zur ersten Richtung umlaufend oder im Wesentlichen umlaufend ausgebildet und besteht zumindest abschnittsweise aus einem dehnbaren Material, sodass bei Weitung des auxetischen Materials in der zweiten Richtung ein von der Verstellfläche eingeschlossenes Volumen vergrößert wird, etwa in der Art einer Blase einer üblichen pneumatischen Verstelleinrichtung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Verstellfläche als Schlauch oder Rohr aus einem dehnbaren Material ausgebildet, dessen Längsachse sich parallel zu der ersten Richtung erstreckt. Diese Geometrie ist besonders geeignet zur Fixierung und Kopplung des auxetischen Materials mit der Verstelleinrichtung. Beispielsweise kann ein Ende des auxetischen Materials mit einer Stirnseite des Schlauchs verbunden sein, oder mit einer externen Referenzfläche, beispielsweise einer ortsfest am Fahrzeugsitz angebrachten Halteklammer, während das gegenüberliegende andere Ende des auxetischen Materials direkt oder indirekt mit der Verstelleinrichtung gekoppelt werden kann. Ist der Schlauch zumindest an einem Ende geöffnet ausgebildet, kann die zur Streckung des auxetischen Materials erforderliche Verstellung in der ersten Richtung ohne wesentliche geometrische Beschränkungen erfolgen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das auxetische Material eine Mehrzahl von Kopplungsabschnitten zur Kopplung mit der Betätigungseinrichtung auf, wobei die Betätigungseinrichtung die Zugkraft in der ersten Richtung gemeinsam an sämtliche Kopplungsabschnitte anlegt, um die Dehnung des auxetischen Materials in der ersten Richtung und Weitung des auxetischen Materials in der zweiten Richtung quer zur ersten Richtung zu bewirken. Auf diese Weise kann das auxetische Material homogen über sämtliche Kopplungsabschnitte geeignet verstellt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Mehrzahl von Kopplungsabschnitten erste Kopplungsabschnitte, die auf einer ersten Seite des auxetischen Materials ortsfest gelagert sind, und zweite Kopplungsabschnitte auf, die auf einer zweiten Seite des auxetischen Materials, die der ersten Seite in der Zugrichtung gegenüberliegt, verstellbar gelagert sind und mit der Betätigungseinrichtung gekoppelt sind. Zweckmäßig ist die ortsfest gelagerte Haltefläche fest mit einem Gestell oder Rahmen des Fahrzeugsitzes verbunden, während die zweiten Kopplungsabschnitte relativ zu dieser ortsfesten Haltefläche kontrolliert verstellt werden können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die ersten Kopplungsabschnitte gemeinsam an einer Halteklammer befestigt und sind die zweiten Kopplungsabschnitte gemeinsam an einem Zugelement befestigt, das so gelagert ist, dass das Zugelement bei Betätigung durch die Betätigungseinrichtung relativ zu der Halteklammer in der ersten Richtung verstellt wird, wobei die Halteklammer in der zweiten Richtung zumindest einseitig geöffnet ausgebildet ist. Die Halteklammer kann in einfacher Weise mit einem Gestell oder Rahmen des Fahrzeugsitzes verbunden werden und an die jeweilige Geometrie in dem zu verstellenden Sitzabschnitt angepasst werden. Neben Halteklammern mit geradlinig ausgebildeten Schenkeln können so beispielsweise eine Basis und/oder seitliche Schenkel der Halteklammer mit einem geeigneten Profil versehen werden, um der Verstellvorrichtung ein geeignetes Profil zu verleihen. Denkbar ist hier beispielsweise eine geeignete Formgebung an einem, in der ersten Richtung betrachtet, vorderen und/oder hinteren Ende der Verstellvorrichtung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Halteklammer als U-förmiger Abschnitt eines Halterahmens ausgebildet, der das Zugelement sowie das auxetische Material in einer Ebene, in der die erste Zugrichtung liegt, gemeinsam einfasst. Eine solche Halteklammer kann in vorteilhafter Weise modular verbaut werden und je nach den Anforderungen wahlweise mit einer geeigneten Betätigungseinrichtung gekoppelt werden, insbesondere mit einem mechanischen Antrieb oder einem Elektroantrieb. Die Entscheidung hierüber kann flexibel auch erst während der Endmontage eines Fahrzeugsitzes getroffen werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Zugelement an zwei Seiten, die einander in einer Richtung senkrecht zu der ersten und der zweiten Richtung gegenüberliegen, Führungsnasen oder Führungsnuten auf, die in korrespondierend dazu ausgebildeten Führungsnuten oder Führungsnasen der Halteklammer eingreifen, sodass das Zugelement in der ersten Richtung präzise und zuverlässig geführt ist. Dies ermöglicht insbesondere bei einem Block aus einem auxetischen Material, der aus mehreren Untereinheiten zusammengesetzt ist und/oder eine relativ große Breite in einer Richtung senkrecht zu der ersten und zweiten Richtung hat, eine präzise, gleichförmige Verstellung des auxetischen Materials über dessen gesamte Breite.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine Mehrzahl von Halteklammern und zugeordneten Zugelementen zur gleichzeitigen Verstellung einer Mehrzahl von Verstelleinrichtungen vorgesehen, wobei die Betätigungseinrichtung mit einem zentralen Zugelement gekoppelt ist und das zentrale Zugelement mit der Mehrzahl von zugeordneten Zugelementen gekoppelt ist, sodass bei einer Betätigung der Betätigungseinrichtung sämtliche zugeordneten Zugelementen synchron verstellt werden. Das zentrale Zugelement ist bevorzugt spiegelsymmetrisch ausgelegt, um eine gleichförmige Verstellung des auxetischen Materials über dessen gesamte Breite zu ermöglichen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das zentrale Zugelement an zwei einander gegenüberliegenden Seiten Führungsnasen oder Führungsnuten auf, die in korrespondierend dazu ausgebildeten Führungsnuten oder Führungsnasen einer zentralen Halteklammer eingreifen, sodass das zentrale Zugelement in der zentralen Halteklammer geführt ist, wobei das zentrale Zugelement mit sämtlichen zugeordneten Zugelementen über Kopplungsmittel, beispielsweise Kopplungs-Zugseile oder Kopplungs-Stangen, miteinander gekoppelt sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Betätigungseinrichtung als Spindelantrieb ausgebildet, der eine von einer Antriebseinrichtung antreibbare Spindel aufweist, die mit einer Spindelmutter kämmt, die mit dem Zugelement oder mit dem zentralen Zugelement gekoppelt ist oder dieses bevorzugt ausbildet. Der Spindelantrieb kann wahlweise mit einem mechanischen oder elektrischen Drehantrieb angetrieben werden, insbesondere mit einem zur Verstellung von Sitzabschnitten üblichen Elektromotor mit geringen Abmessungen.
Gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform verstellt die Betätigungseinrichtung ein Zugseil eines Bowdenzugs, wobei das Zugseil mit dem Zugelement oder mit dem zentralen Zugelement gekoppelt ist, insbesondere unmittelbar an diesem befestigt ist. Der Bowdenzug kann insbesondere mit einem mechanischen Betätigungselement verstellt werden, beispielsweise einem Drehrad oder dergleichen an dem Fahrzeugsitz.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Zugelement oder das zentrale Zugelement mittels eines Rückstellelements, insbesondere mittels einer Druckfeder, in eine Ausgangsstellung vorgespannt, sodass das auxetische Material zuverlässig, insbesondere automatisch, in seinen ursprünglichen Zustand mit vergleichsweise geringer Weitung des auxetischen Materials in der zweiten Richtung zurückkehren kann, wenn die Zugkraft in der ersten Richtung nicht mehr anliegt oder nachlässt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform dehnt die Verstelleinrichtung das auxetische Material in der ersten Richtung zwischen einer vorbestimmten ersten Stellung und einer zweiten vorbestimmten Stellung, wobei eine Außenabmessung des auxetischen Material (50) in der zweiten Richtung in der zweiten vorbestimmten Stellung größer ist als in der ersten vorbestimmten Stellung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das auxetische Material in der ersten Richtung mittels eines Rückstellelements, insbesondere mittels einer Druckfeder, in die erste Stellung vorgespannt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das auxetische Material aus einer Vielzahl von Zellen gleicher Grundform ausgebildet, die miteinander zu einem Materialblock verbunden oder einstückig ausgebildet sind, wobei den Zellen ein erster Totpunkt mit einer ersten Weite der Zellen in der zweiten Richtung und ein zweiter Totpunkt mit einer zweiten Weite der Zellen in der zweiten Richtung zugeordnet ist, die größer ist als die erste Weite, wobei eine Abhängigkeit der Weite der Zellen in der zweiten Richtung von der Dehnung der Zellen in der ersten Richtung einer vorbestimmten Funktion folgt, und die Betätigungseinrichtung ausgelegt ist, sodass bei einer linearen Verstellung der Verstelleinrichtung die Verstellung der Weite der Zellen in der zweiten Richtung im Wesentlichen einer linearen Funktion folgt. Üblicherweise folgt die Abhängigkeit der Weite der Zellen in der zweiten Richtung und damit der Außenabmessung des auxetischen Materials in der zweiten Richtung einer nicht-linearen Funktion. Aufgrund der Kniehebelwirkung der Längsstege im Falle einer Rautenfaltstruktur kann diese Abhängigkeit beispielsweise im Wesentlichen einer Sinus- oder Kosinusfunktion folgen, mit einer vergleichsweise geringen Steigung im Bereich der beiden Umkehrpunkte bzw. Totpunkte. Die Betätigungseinrichtung kann dieser nicht-linearen Kennlinie Rechnung tragen und so betrieben werden, dass der Benutzer stets eine Verstellung der Geometrie und/oder Härte des Sitzabschnitts proportional zu der von diesem ausgelösten Verstellgröße spürt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Betätigungseinrichtung eine mechanische Betätigungseinrichtung, der ein Steuernocken mit einer nicht-linearen Steuerkurve zum Steuern der Zugkraft in der ersten Richtung zugeordnet ist, insbesondere ein exzentrischer Steuernocken oder ein Steuernocken mit einer exzentrischen Steuerfläche. Der Steuernocken kann in einfacher Weise an die vorgenannten nicht-lineare Abhängigkeit angepasst werden, um eine proportionale Verstellung des auxetischen Materials zu ermöglichen. Ein so ausgelegter Steuernocken eignet sich grundsätzlich sowohl für rein mechanische als auch elektrische Antrieb. Insbesondere geeignet ist ein solcher Steuernocken für mechanische Betätigungseinrichtungen, beispielsweise für Betätigungseinrichtungen mit einem Bowdenzug oder einem mechanischen Drehrad am Fahrzeugsitz zur Verstellung.
Gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform ist die Betätigungseinrichtung eine elektrisch oder pneumatisch betriebene Betätigungseinrichtung, der eine elektronische Steuerung mit einem Speicher zugeordnet ist, wobei in dem Speicher eine Kennlinie der vorbestimmten Funktion hinterlegt ist und die elektronische Steuerung die Betätigungseinrichtung so steuert, dass bei einer linearen Verstellung der Verstelleinrichtung die Verstellung der Weite der Zellen in der zweiten Richtung im Wesentlichen einer linearen Funktion folgt. Durch die elektronische Steuerung können nahezu beliebige Kennlinien der Verstellvorrichtung auf lineare Abhängigkeiten der Verstellung des auxetischen Materials abgebildet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist in der ersten Stellung des auxetischen Materials die erste Weite der Zellen in der zweiten Richtung größer als eine minimale Weite der Zellen in der zweiten Richtung. Ferner kann in der zweiten Stellung des auxetischen Materials die zweite Weite der Zellen in der zweiten Richtung kleiner sein als eine maximale Weite der Zellen in der zweiten Richtung. Durch die Begrenzung der Verstellung auf Bereiche, die ausreichend weit von den vorgenannten Umkehr- bzw. Totpunkten des auxetischen Materials entfernt sind, kann eine lineare Abhängigkeit der vorgenannten Verstellung in vorteilhaft einfacher Weise realisiert werden. Aufgrund dieser Begrenzung des Verstellbereichs kann insbesondere auch das Risiko einer allzu starken Kompression bzw. Überdehnung und somit einer Beschädigung des auxetischen Materials nahe dem ersten bzw. zweiten Totpunkt bzw. Umkehrpunkt zuverlässig ausgeschlossen werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine Höhe des auxetischen Materials in der zweiten Richtung zumindest abschnittsweise unterschiedlich, sodass eine Oberfläche des auxetischen Materials zumindest abschnittsweise eine gekrümmte oder abgeschrägte Kontur aufweist. Auf diese Weise kann das auxetische Material mit einer beliebigen Außenkontur an die jeweiligen Anforderungen des Fahrzeugsitzes angepasst werden. Diese Anpassung kann insbesondere in einem Zustand des auxetischen Materials mit minimaler oder maximaler Ausdehnung in der zweiten Richtung entsprechen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Höhe des auxetischen Materials an einem, in der ersten Richtung betrachtet, vorderen und/oder hinteren Ende geringer als an einem zentralen Abschnitt des auxetischen Materials. Dadurch kann eine geeignete Formgebung des Sitzabschnitts auch am vorderen und/oder hinteren Ende in einfacher Weise realisiert werden, ohne dass zusätzliche die Außenkontur bestimmende Elemente erforderlich sind. Dies kann zur Formung von gerundeten Kanten oder Rändern des Fahrzeugsitzes oder einer Bepolsterung hiervon genutzt werden, beispielsweise im Bereich einer vorderen Kante einer Sitzwanne eines Fahrzeugsitzes.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das auxetische Material als Rauten-Falt-Struktur aus einem Kunststoffmaterial hergestellt, insbesondere mittels eines Spritzgußverfahrens oder eines Laminierprozesses. Die für eine Rauten-Falt-Struktur typischen Kniehebel bewirken eine dauerhaft zuverlässige Verstellbarkeit der Weite des auxetischen Materials in der zweiten Richtung.
Ein weiterer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Gestell bzw. einen Rahmen für einen Fahrzeugsitz, mit einer Sitzwanne und einer Rückenlehne, wobei an dem Gestell zumindest eine Vorrichtung zur Verstellung der Härte und/oder Geometrie eines Sitzelements des Fahrzeugsitzes befestigt ist. Erfindungsgemäß ist die zumindest eine Vorrichtung zur Verstellung der Härte und/oder Geometrie des Sitzelements des Fahrzeugsitzes als Vorrichtung zur Verstellung der Härte und/oder Geometrie des Sitzelements eines Fahrzeugsitzes ausgebildet, wie vorstehend ausgeführt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Vorrichtung zur Verstellung der Härte und/oder Geometrie eines Abschnittes des Fahrzeugsitzes als Vorrichtung zum Verstellen der Wölbung und/oder Breite von Seitenwangen eines Sitzunterteils oder der Rückenlehne, als Vorrichtung zum Verstellen eines oberen Lehnenteils einer geteilten Rückenlehne, als Vorrichtung zum Verstellen einer Lordosenstütze, als Vorrichtung zum Verstellen einer Schenkelauflage des Sitzunterteils oder als Vorrichtung zum Verstellen der Härte und/oder Geometrie eines mit dem Gestell verbundenen oder verbindbaren Kopfstützenmoduls ausgebildet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Vorrichtung zur Verstellung der Härte und/oder Geometrie eines Abschnittes des Fahrzeugsitzes über zumindest ein Abstützelement mit einem zugeordneten Abschnitt der Sitzwanne oder der Rückenlehne oder eines mit dem Gestell verbundenen oder verbindbaren Kopfstützenmoduls verbunden, wodurch eine definierte ortsfeste Abstützung der Verstellvorrichtung an dem Gestell in einfacher Weise gewährleistet werden kann.
Ein weiterer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung betrifft einen Fahrzeugsitz, insbesondere einen Kraftfahrzeugsitz, mit einem Gestell bzw. Rahmen, das bzw. der eine Sitzwanne und eine Rückenlehne aufweist, wobei an dem Gestell bzw. Rahmen zumindest eine Vorrichtung zur Verstellung der Härte und/oder Geometrie eines Sitzelements des Fahrzeugsitzes befestigt ist und wobei die Sitzwanne sowie die Rückenlehne mit einem Hauptschaumelement versehen sind, um ein Sitzunterteil und ein Rückenteil des Fahrzeugsitzes auszubilden. Erfindungsgemäß ist die zumindest eine Vorrichtung zur Verstellung der Härte und/oder Geometrie des Sitzelements des Fahrzeugsitzes als Vorrichtung zur Verstellung der Härte und/oder Geometrie des Sitzelements eines Fahrzeugsitzes ausgebildet, wie vorstehend ausgeführt, wobei diese in einer Aussparung in dem Hauptschaumelement aufgenommen ist. Bei Verstellung des auxetischen Materials kommt es so zu einer entsprechenden Verformung des Hauptschaumelements, die jedoch aufgrund einer zusätzlichen Verformbarkeit des Hauptschaumelements von Nutzern als angenehmer empfunden wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die zumindest eine Vorrichtung zur Verstellung der Härte und/oder Geometrie des Abschnittes des Fahrzeugsitzes in einer Primärschaumeinhausung aufgenommen, die in der Aussparung in dem Hauptschaumelement aufgenommen ist. Somit lässt sich ein kostengünstiger, modularer Aufbau realisieren.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Primärschaumeinhausung ein profiliertes vorderes Endstück und/oder ein profiliertes hinteres Endstück, womit eine geeignete Profilierung gerade an Rändern oder Kanten eines Fahrzeugsitzes in einfacher Weise realisiert werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das auxetische Material in der Primärschaumeinhausung mit einer oberen Abdeckplatte und/oder unteren Abdeckplatte abgedeckt, um Relativbewegungen und unterschiedliche Druckpunkte des auxetischen Materials auszugleichen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das auxetische Material mit der Verstelleinrichtung in einer zentralen Aufnahme der Primärschaumeinhausung aufgenommen, bevorzugt unbeweglich aufgenommen, wobei die obere Abdeckplatte bzw. die untere Abdeckplatte in einer oberen Aufnahme bzw. einer unteren Aufnahme oberhalb bzw. unterhalb der zentralen Aufnahme in der zweiten Richtung beweglich geführt ist, und eine Breite der zentralen Aufnahme in einer Richtung senkrecht zur ersten und zweiten Richtung größer ist als eine Breite der oberen bzw. unteren Aufnahme. Die Verstelleinrichtung kann so zuverlässig in der zentralen Aufnahme ortsfest aufgenommen werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die obere bzw. untere Abdeckplatte an ihrem, in der ersten Richtung betrachtet, vorderen und/oder hinteren Ende über einen elastischen Abdeckabschnitt mit einer Halteklammer der Verstelleinrichtung verbunden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind an dem, in der ersten Richtung betrachtet, vorderen und/oder hinteren Ende der Halteklammer der Verstelleinrichtung Positionierungslöcher vorgesehen. Ferner können an dem, in der ersten Richtung betrachtet, vorderen und/oder hinteren Ende der oberen bzw. unteren Abdeckplatte Führungslöcher zum Führen der oberen bzw. unteren Abdeckplatte in der zweiten Richtung vorgesehen sein, wobei die Positionierungslöcher in der zweiten Richtung bevorzugt fluchtend zu den Führungslöchern vorgesehen sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Primärschaumeinhausung, in einer Schnittansicht senkrecht zu der ersten und zweiten Richtung betrachtet, ein kreisrundes Profil auf.
Alternativ kann eine, in der zweiten Richtung betrachtet, obere Seite und/oder untere Seite der Primärschaumeinhausung abgeflacht ausgebildet sein.
Ein weiterer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung eines auxetischen Materials für eine Vorrichtung zur Verstellung der Härte und/oder Geometrie von Sitzelementen eines Fahrzeugsitzes, insbesondere eines Kraftfahrzeugsitzes, wie in der vorliegenden Anmeldung offenbart.
Figurenliste
Nachfolgend wird die Erfindung in beispielhafter Weise und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, woraus sich weitere Merkmale, Vorteile und zu lösende Aufgaben ergeben werden. Es zeigen:

1 das Grundprinzip eines auxetischen Materials zur Verwendung als Medium zur Verstellung der Härte oder Innenkontur eines Fahrzeugsitzes gemäß der vorliegenden Erfindung;
2a die Kombination von mehreren Grundeinheiten aus einem auxetischen Material zur Ausbildung einer größeren Einheit zur Verwendung als Medium zur Verstellung der Härte oder Innenkontur eines Fahrzeugsitzes gemäß der vorliegenden Erfindung;
2b jeweils in einer Perspektivansicht eine Grundeinheit aus einem auxetischen Material zur Herstellung einer Verstelleinheit gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Ausgangszustand und einem verstellten Zustand mit größerer Aufbauhöhe;
2c jeweils in einer Seitenansicht drei Beispiele für Grundeinheiten aus einem auxetischen Material zur Herstellung einer Verstelleinheit mit unterschiedlicher Außenkontur in dem in der zweiten Richtung verstellten oder nicht-verstellten Zustand;
3a in einer schematischen Seitenansicht den Aufbau einer Verstelleinheit gemäß der vorliegenden Erfindung, die nach dem Prinzip einer Funktionsklappe wirkt;
3b in einer schematischen Seitenansicht den Aufbau einer weiteren Verstelleinheit gemäß der vorliegenden Erfindung, die nach dem Prinzip einer Blase mit verstellbarem Außenprofil wirkt;
4a den grundsätzlichen Aufbau einer Verstelleinheit gemäß einer ersten Ausfiihrungsform der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Schnittansicht in einem Ausgangszustand;
4b den grundsätzlichen Aufbau einer Verstelleinheit gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Schnittansicht in einem verstellten Zustand;
5a in einer Perspektivansicht den Aufbau einer Verstelleinheit mit einem motorisch angetriebenen Spindelantrieb gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5b und 5c in einer schematischen Schnittansicht die Verstelleinheit nach der 5a in einem Ausgangszustand und einem verstellten Zustand;
6a und 6b zwei Ausführungsbeispiele für einen motorisch angetriebenen Spindelantrieb bzw. einen manuell betätigbaren Verstellmechanismus zur Kopplung mit einer Verstelleinheit gemäß der vorliegenden Erfindung;
7a in einer schematischen Perspektivansicht die Kopplung eines manuell betätigbaren Verstellmechanismus mit zwei Verstelleinheiten gemäß der vorliegenden Erfindung;
7b in einer schematischen Perspektivansicht die Kopplung eines motorisch angetriebenen Spindelantriebs mit zwei Verstelleinheiten gemäß der vorliegenden Erfindung;
8a und 8b in einer schematischen Schnittansicht die Anordnung einer Verstelleinheit gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Primärschaumeinhausung eines Fahrzeugsitzes;
9 in einer perspektivischen Explosionsansicht den Aufbau einer Primärschaumeinhausung mit einer Verstelleinheit und motorisch angetriebenem Spindelantrieb;
10a und 10b Aufbau und Wirkungsweise eines Klappenverstellers gemäß der vorliegenden Erfindung;
11a und 11b Beispiele für bevorzugte Positionen einer Verstelleinheit gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Kraftfahrzeugsitz bzw. einer Kopfstütze;
12a in einer schematischen Schnittansicht die Anordnung einer Primärschaumeinhausung in einem Hauptschaumelement eines Fahrzeugsitzes in einem Ausgangszustand;
12b die Anordnung nach der 12a in einem verstellten Zustand; und
12c eine Variante zu der Anordnung nach der 12a mit Formelementen mit Befestigungsschnittstelle.

In den Figuren bezeichnen identische Bezugszeichen identische oder im Wesentlichen gleichwirkende Elemente oder Elementgruppen.
Ausführliche Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen
Die 1a und 1b zeigen das Grundprinzip eines auxetischen Materials 50, das aus einer Vielzahl von Zellen 51 gleicher Konfiguration besteht, die miteinander gekoppelt sind, insbesondere einstückig miteinander ausgebildet sind. Bei dem auxetischen Material handelt es sich um eine dreidimensionale Struktur, beispielsweise ausgebildet als Rautenfaltstruktur oder Schaum, die durch geeignete Verfahren, wie beispielsweise ein Spritzgussverfahren, einen Laminierprozess oder ein 3D-Druckverfahren geeignet hergestellt werden kann. Bevorzugt werden dabei auxetische Materialien aus einem Kunststoffmaterial.
Die 1a zeigt das auxetische Material in einem Ausgangszustand, bei dem die einzelnen Zellen 51 im Querschnitt rautenartig ausgebildet sind. Die Zellen 51 sind über Längsstege, die parallel zur ersten Richtung x1 verlaufen, und über Querstege 53, die unter einem spitzen Winkel geneigt zu der zweiten Richtung x2 und zu der ersten Richtung x1 verlaufen, miteinander verbunden. Durch den wabenartigen Aufbau mit vielen Zwischenräumen in den Zellen 51 bewirkt eine Streckung des auxetischen Materials 50 in der ersten Richtung x1, also eine Zugkraft in der ersten Richtung x1, eine Ausdehnung bzw. Weitung des auxetischen Materials 50 in der zweiten Richtung x2, senkrecht zur ersten Richtung x1, wie durch die Pfeile in der 1b gezeigt, die den ausgedehnten Endzustand des auxetischen Materials 50 bei maximaler Weitung in der zweiten Richtung x2 zeigt. In diesem Endzustand sind die Querstege 53 hochgeklappt und erstrecken sich parallel zur zweiten Richtung x2. Wie durch die gestrichelten Referenzlinien angedeutet, kommt es aufgrund der Ausdehnung der einzelnen Zellen 51 insgesamt zu einer Ausdehnung bzw. Weitung des auxetischen Materials 50 in der zweiten Richtung x2.
Dieser Effekt wird erfindungsgemäß zur Verstellung von Sitzelementen bzw. Sitzabschnitten in einem Fahrzeugsitz ausgenutzt. Die vorgenannte Weitung in der zweiten Richtung x2 kann von dem auxetischen Material 50 im Endzustand beibehalten werden, auch bei Einwirken größerer Kräfte in der zweiten Richtung x2, weil die Zellen 51 in dem Endzustand in der zweiten Richtung x2 maximal geweitet sind und in dieser energetisch stabilen Stellung verbleiben möchten. Die geweitete Stellung kann somit grundsätzlich auch ohne Fixierung dieser Stellung, beispielsweise durch Blockieren einer Verstelleinrichtung (nicht gezeigt), beibehalten werden. Erst wenn die Kräfte in der zweiten Richtung x2 einen materialabhängigen Schwellenwert überschreiten, wird das auxetische Material 50 wieder in der zweiten Richtung x2 gestaucht. Diese Stauchung in der zweiten Richtung x2 kann jedoch mechanisch blockiert werden, beispielsweise durch Blockieren der Verstelleinrichtung.
In der Praxis hat sich insbesondere bewährt, wenn das auxetische Material 50 nicht bis zu seinen jeweiligen maximalen Endstellungen hin verstellt wird, also bis zu einem in der zweiten Richtung x2 maximal gestauchten Ausgangszustand und maximal geweiteten Endzustand, sondern wenn die Verstellung des auxetischen Materials durch Auslegung der Verstelleinrichtung rechtzeitig vor Erreichen der vorgenannten jeweiligen Endstellungen begrenzt ist. Weil die Abhängigkeit der Ausdehnung des auxetischen Materials 50 in der zweiten Richtung x2 von der Streckung in der ersten Richtung x1 üblicherweise einer trigonometrischen Funktion, beispielsweise genähert einer Sinus-Funktion, folgt, kann durch geeignete Begrenzung der Verstellung in der ersten Richtung x1 eine genäherte lineare Weitung des auxetischen Materials 50 in der zweiten Richtung x2 erreicht werden.
2a zeigt schematisch die Kombination von mehreren Grundeinheiten 50 aus einem auxetischen Material zur Ausbildung einer größeren Einheit 54 zur Verwendung als Medium zur Verstellung der Härte oder Innenkontur eines Fahrzeugsitzes gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Grundeinheiten 50 können bei Wahl eines geeigneten Herstellungsverfahrens in der ersten und zweiten Richtung sowie in einer Richtung senkrecht dazu nahezu beliebig miteinander kombiniert werden, wodurch nicht nur rechteckförmige Materialblöcke, wie im rechten Bildteil der 2a gezeigt, sondern auch Materialblöcke mit einer beliebigen anderen Kontur realisiert werden können. Beispielsweise können auf diese Weise auxetische Materialien realisiert werden, die in einer von der ersten und zweiten Richtung x1, x2 aufgespannten Ebene ein kreisförmiges oder elliptisches Profil aufweisen oder deren Profil an einem vorderen und/oder hinteren Ende geeignet gerundet ausgebildet ist. Derartige Profile können in einfacher Weise an die geometrischen Bedürfnisse im Sitzbereich angepasst werden. So sind beispielsweise im Querschnitt kreisrunde oder elliptische Verstelleinheiten als Lordosestüzen oder Auflagen am vorderen Ende von Fahrzeugsitzen bevorzugt. Auch für die so ausgebildeten größeren Materialblöcke aus einem auxetischen Material 50 verbleibt die Eigenschaft einer Ausdehnung in der zweiten Richtung x2 bei Streckung des auxetischen Materials 50 in der dazu senkrechten ersten Richtung x1.
Die 2b veranschaulicht in einer schematischen Perspektivansicht des Grundprinzip der Einbindung eines Blocks 54 aus einem auxetischen Material in eine Verstellvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Dabei ist im oberen Bildteil der 2b die Verstellvorrichtung mit dem Block 54 aus einem auxetischen Material in einem nicht oder nur wenig geweiteten Ausgangszustand, vergleichbar zur 1a, dargestellt, während der untere Bildteil der 2b die Verstellvorrichtung mit dem Block 54 aus einem auxetischen Material in einem geweiteten Endzustand, vergleichbar zur 1b, darstellt. An den beiden einander in der ersten Richtung x1 gegenüberliegenden Enden des Blocks 54 aus dem auxetischen Material stehen Zugstege 55 ab, die über Befestigungsabschnitte 56 geeignet mit der Verstelleinrichtung gekoppelt sind, wie nachfolgend näher ausgeführt. Bevorzugt werden dabei Geometrien, bei denen die Befestigungsabschnitte 56 an einem ersten Ende des Blocks 54 aus dem auxetischen Material ortsfest gelagert sind, etwa an einem ortsfesten Befestigungsabschnitt befestigt sind, während die Befestigungsabschnitte 56 an dem in der ersten Richtung x1 gegenüberliegenden zweiten Ende des Blocks 54 aus dem auxetischen Material mit einem Verstellglied gekoppelt sind, das in der ersten Richtung x1 verstellbar ist, um den Block 54 aus dem auxetischen Material in der ersten Richtung x1 zu strecken bzw. zu stauchen, was durch das auxetische Material in eine entsprechende Ausdehnung bzw. Stauchung des Blocks 54 in der zweiten Richtung x2 übersetzt wird.
Wie man einem Vergleich der beiden in der 2b gezeigten Zustände des Blocks 54 aus dem auxetischen Material entnehmen kann, können die Zugstege 55 und Befestigungsabschnitte 56 in einem Zustand mit minimaler Ausdehnung des Blocks 54 aus dem auxetischen Material in der zweiten Richtung x2 in der ersten Richtung x1 im Wesentlichen parallel und beabstandet zueinander verlaufen, während die Aufweitung des Blocks 54 aus dem auxetischen Material in dem Zustand mit größerer Ausdehnung des Blocks 54 aus dem auxetischen Material in der zweiten Richtung x2 dazu führt, dass jedenfalls einige der Zugstege 55 und Befestigungsabschnitte 56 sich geneigt zur ersten Richtung x1 erstrecken. Gleichzeitig kommt es dabei zu einer gewissen Streckung der Zugstege 55 und Befestigungsabschnitte 56, was durch Wahl geeigneter elastischer Materialien in diesen Abschnitten berücksichtigt werden muss. Insgesamt müssen der Block 54 aus dem auxetischen Material sowie die Zugstege 55 und Befestigungsabschnitte 56 in der zweiten Richtung x2 über ausreichend Bewegungsfreiheit verfügen, was bei der geometrischen Auslegung der Verstelleinrichtung berücksichtigt werden muss. Der schräge Verlauf der Zugstege 55 und Befestigungsabschnitte 56 in dem Zustand mit größerer Ausdehnung des Blocks 54 aus dem auxetischen Material kann grundsätzlich für eine weitere Konturierung des zu verstellenden Sitzabschnitts genutzt werden.
Die 2c zeigt drei Beispiele für die Konturierung des zu verstellenden Sitzabschnitts durch die Geometrie der Zellen 51 bzw. Grundeinheiten aus dem auxetischen Material. Im linken Bildteil der 2c ist ein Beispiel gezeigt, bei dem ein zentraler Abschnitt des Blocks 54 aus dem auxetischen Material höher ist als ein, in der ersten Richtung x1 betrachtet, vorderer oder hinterer Abschnitt. Eine in diesem Bereich angeordnete Abdeckung 58, welche die beiden Blöcke 54 miteinander verbindet, insbesondere mit diesen verbunden ist, und die aus einem elastischen Material besteht, bildet automatisch einen schrägen Abschnitt 58, dessen Neigung von der Weitung der Blöcke in der zweiten Richtung x2 abhängig ist. Dieser schräge Abschnitt 58 kann beispielsweise an oder nahe der Vorderkannte der Sitzwanne eines Fahrzeugsitzes vorgesehen sein, um diesem Bereich ein geeignetes Profil zu verleihen. Der mittlere Bildteil der 2c zeigt denselben Block 54 aus dem auxetischen Material mit geringerer Ausdehnung in der zweiten Richtung x2. Deutlich erkennbar ist die geringere Neigung des schrägen Abschnitts 58.
Dem rechten Bildteil ist dabei eine Ausführungsform zugrunde gelegt, bei der die Höhen der Zellen 51 bzw. Grundeinheiten des Blocks 54 aus dem auxetischen Material unterschiedlich sind. Für jede sich in der zweiten Richtung x2 erstreckende Säule von Zellen 51 ist die Höhe der Zellen 51 jedoch identisch. Der rechte Bildteil der 2c vergleicht dabei einen Zustand mit minimaler Ausdehnung in der zweiten Richtung x2 mit einem Zustand mit größerer Ausdehnung in der zweiten Richtung x2. Im Zustand mit minimaler Ausdehnung in der zweiten Richtung x2 ist die Höhe der beiden Säulen von Zellen 51 identisch, was zu einer horizontalen Kontur im Bereich der Abdeckung 57 führt, während im Zustand mit größerer Ausdehnung in der zweiten Richtung x2 die rechte Säule von Zellen 51 sich stärker ausgedehnt hat, was zu einer schrägen Kontur im Bereich der Abdeckung 57 führt. Auch dieser Effekt kann zur Konturierung des zu verstellenden Sitzabschnitts genutzt werden.
Die 3a und 3b zeigen in einer schematischen Schnittansicht den grundsätzlichen Aufbau einer Verstellvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung. Dabei ist der Block 54 aus dem auxetischen Material in einer Umhüllung 2 aufgenommen, die eine Weitung in der zweiten Richtung x2 zulässt, den Block 54 jedoch zusammenhält, um für eine flächige Druckbelastung bei Verstellung des Blocks 54 zu sorgen. Gemäß der 3a ist der Block 54 aus dem auxetischen Material zwischen zwei Platten 3, 4 angeordnet, die gegeneinander um eine Schwenkachse, die sich parallel zu der ersten Richtung erstreckt, verschwenkt werden können, um den eingeschlossenen Öffnungswinkel zu verstellen. Die Basisplatte 3 kann dabei ortsfest gelagert sein, beispielsweise fest mit einem Abschnitt eines Gestells des Fahrzeugsitzes verbunden sein, während die Platte 4 schwenkbeweglich dazu gelagert ist, beispielsweise an einem sich in der ersten Richtung x1 erstreckenden Scharnier oder Gelenk. Durch Verstellen des Blocks 54 aus dem auxetischen Material wird somit die verstellbare Platte 4 weiter um den Lagerbereich verschwenkt, was indirekt zur Verstellung der Kontur und/oder Härte eines Sitzabschnitts eines Fahrzeugsitzes verwendet werden kann.
Gemäß der 3b ist der Block 54 aus dem auxetischen Material weiter in einer schlauchförmigen Umhüllung 5 mit einer sich parallel zur ersten Richtung x1 erstreckenden Längsachse und mit umlaufend ausgebildeter Außenfläche angeordnet und liegt dabei permanent an der Innenseite der Umhüllung 5 an. Die Umhüllung 5 ist dabei bevorzugt aus einem elastischen Material ausgebildet, beispielsweise als elastischer Kunststoffschlauch, der den Block 54 elastisch in seine minimal geweitete Ausgangsstellung vorspannt. Wie man der 3b entnehmen kann, führt eine Aufweitung des Blocks 54 aus dem auxetischen Material in seiner Umhüllung 2 zu einer Aufweitung der Umhüllung 5 in der ersten Richtung 5, was zu einer Veränderung der Außenkontur der Umhüllung 5 führt und somit zu einer direkten Verstellung der Kontur und/oder Härte eines Sitzabschnitts eines Fahrzeugsitzes verwendet werden kann.
4a zeigt den grundsätzlichen Aufbau einer Verstelleinheit 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Schnittansicht in einem Ausgangszustand mit minimaler Ausdehnung in der ersten und zweiten Richtung. Ein Block 54 aus einem auxetischen Material ist in einer Umhüllung 2 aufgenommen. Die erste Richtung (Zugrichtung) erstreckt sich dabei in der 4a horizontal von links nach rechts. Ein Ende des Blocks 54 aus dem auxetischen Material ist über Befestigungsabschnitte 16, beispielsweise Klemmverbindungen, Schraubverbindungen, stoffschlüssige Klebe- oder Schweißverbindungen oder dergleichen, mit einem Halteabschnitt 15 verbunden, beispielsweise mit einer Halteklammer, wie weiter unten näher ausgeführt. An dem in der ersten Richtung entgegengesetzten anderen Ende des Blocks 54 aus dem auxetischen Material sind die Zugstege 55 mit einem Zugelement 10 verbunden. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird als Betätigungseinrichtung ein elektrischer Spindelantrieb 9 eingesetzt, der eine von einem als Antriebseinrichtung dienenden Elektromotor 14 antreibbare Spindel 11 aufweist, die mit einer Spindelmutter 10 kämmt, die mit dem Zugelement 10 gekoppelt ist oder dieses bevorzugt ausbildet. Der Elektromotor 14 ist an einem ortsfesten Gegenelement 13 befestigt. Eine Drehung der Gewindespindel 11 führt so zu einer Verstellung der Spindelmutter 10 und des Zugelements und so zu einer Zugkraft, die auf die Zugstege 55 ausgeübt wird, und einer Dehnung des Blocks 54 aus dem auxetischen Material in der ersten Richtung. Dabei drücken die Zellen des Blocks 54 aus dem auxetischen Material gegen die elastische, dehnbare Umhüllung 2, was so zu einer Aufweitung der Umhüllung 2 in der zweiten Richtung führt, wie in der 4b gezeigt. Die Ober- und Unterseite der Umhüllung 2 können grundsätzlich parallel geführt sein, was zu einer Vergrößerung des Abstands zwischen der Ober- und Unterseite der Umhüllung 2 führt. Aufgrund der Weitung des Blocks 54 aus dem auxetischen Material kann es auch zu einer insgesamt elliptischen Verwölbung der Umhüllung 2 kommen, wie in der 4b gezeigt, also zu einer Änderung des Außenprofils der Verstellvorrichtung 1.
In einem stromlosen Zustand des Elektromotors 14 ist dieser bevorzugt blockiert, sodass die einmal eingenommene Stellung in der ersten Richtung x1 unveränderlich ist und somit die Kontur der Verstellvorrichtung 1 beibehalten wird, bis der Elektromotor 14 erneut betätigt wird. Um das Zurückstellen in Richtung der Ausgangsstellung gemäß der 4a zu erleichtern, kann das Zugelement 10 elastisch in die Ausgangsstellung vorgespannt sein, beispielsweise mittels einer Druckfeder 12, in der die Gewindespindel 11 aufgenommen ist und die das Gegenelement 13 und das Zugelement 10 elastisch gegeneinander vorspannt. Eine vergleichbare Rückstellkraft zurück in eine Ausgangsstellung kann jedoch grundsätzlich auch direkt durch die elastischen Eigenschaften der Umhüllung 2 des Blocks 54 aus dem auxetischen Material oder einer Umhüllung der Verstellvorrichtung 1 ausgeübt werden.
5a zeigt in einer Perspektivansicht den grundsätzlichen Aufbau einer Verstelleinheit 1 mit einem motorisch angetriebenen Spindelantrieb gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dabei sind die Zugstege 55 des Blocks 54 aus dem auxetischen Material an einem ersten Ende direkt am Basisschenkel einer U-förmigen Halteklammer 15 befestigt, während die Zugstege 55 am gegenüberliegenden zweiten Ende unmittelbar an einem Zugelement 10 befestigt sind, das entweder mit einer Spindelmutter des Spindelantriebs gekoppelt ist oder diese bevorzugt unmittelbar ausbildet. Wie in der 5a gezeigt, sind in der U-förmigen Halteklammer 15 mehrere Blöcke 54 aus dem auxetischen Material parallel zueinander gehalten und gemeinsam in der vorstehend beschriebenen Weise befestigt. Dabei wird eine spiegelsymmetrische Lagerung bezüglich einer Ebene, in welcher sich die Gewindespindel 11 erstreckt, bevorzugt. Eine Verstellung des Elektromotors 14a führt dabei in der vorstehend beschriebenen Weise zu einer gleichmäßigen Aufweitung sämtlicher Blöcke 54 in der zweiten Richtung.
Die 5a und 5b zeigen in einer schematischen Schnittansicht die Verstellvorrichtung 1 nach der 5a in einem Ausgangszustand und einem verstellten Zustand. Der Block 54 aus dem auxetischen Material ist dabei zwischen zwei parallel zueinander ausgerichteten Abdeckplatten 18 aufgenommen. Diese sind in der zweiten Richtung geführt, beispielsweise Mittels Löchern vergleichbar zu den Löchern 17 in der Halteklammer gemäß der 5a, sodass eine Aufweitung des Blocks 54 aus dem auxetischen Material in der zweiten Richtung zu einer Änderung des Abstands zwischen den beiden Abdeckplatten 18 führt. Am vorderen und hinteren Ende des Blocks 54 aus dem auxetischen Material sind elastische Abdeckabschnitte 19 vorgesehen, die bei Aufweitung des Blocks 54 aus dem auxetischen Material in der zweiten Richtung zunehmend gedehnt werden, was zu einer schrägen oder gerundeten Außenkontur am vorderen und hinteren Ende der Verstellvorrichtung 1 führt und zur weiteren Profilgebung der zu verstellenden Sitzabschnitte ausgenutzt werden kann. Die Umhüllung 2 und Abdeckabschnitte 19 dienen einer Vergleichmäßigung von Verstellkräften, die auf den zugeordneten Abschnitt des Fahrzeugsitzes einwirken, beispielsweise auf eine Schaumstoffeinhausung.
Die 6 zeigt weitere Einzelheiten der Lagerung des Zugelements 10 bei einer Verstellvorrichtung mit Spindelantrieb gemäß den 4a bis 5c. Die Gewindespindel 12 erstreckt sich durch eine mittige Bohrung 10a in dem Zugelement 10. Die Befestigungsaussparungen 10b zur Befestigung der Zugstege der Blöcke 54 (vgl. 5a) sind spiegelsymmetrisch bezüglich einer die Gewindespindel beinhaltenden Spiegelebene angeordnet. An den beiden Seiten sind an dem Zugelement 10 Führungsnasen 10c (oder Führungsaussparungen) ausgebildet, die in korrespondierend dazu an den beiden Seitenschenkeln der Halteklammer 15 ausgebildete Führungsnuten 15a (oder Führungsnasen) eingreifen und mit diesen formschlüssig zusammenwirken, um eine Geradeführung des Zugelements 10 in der ersten Richtung bei Verstellung der Gewindespindel 12 zu gewährleisten.
Anstelle eines Elektroantriebs können gemäß der vorliegenden Erfindung grundsätzlich beliebige andere Antriebe eingesetzt werden, beispielsweise mechanische oder pneumatische Antriebe. Die 6b zeigt das Beispiel der Kopplung des Bowdenzugs eines mechanischen Antriebs mit einer Verstellvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Bowdenzughülle 20 ist mittig an einem ortsfesten Schenkel der Halteklammer 15 gelagert. Das Zugseil 21 erstreckt sich durch eine zentrale Bohrung in diesem Schenkel bis zu dem Zugelement 10, das in entsprechender Weise, wie vorstehend anhand der 6a beschrieben, an den Seitenschenkeln der Halteklammer 15 geführt und gelagert ist. Der Nippel des Zugseils 21 ist an dem Zugelement 10 mittels eines Klemmelements 22 oder dergleichen befestigt. Bei Verstellung des Zugseils 21 in der ersten Richtung kommt es zu einer entsprechenden Verstellung des Zugelements 10 in der ersten Richtung und somit zu einer entsprechenden Ausdehnung oder Stauchung des auxetischen Materials in der zweiten Richtung.
Grundsätzlich können auch mehrere Verstellvorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung von einer gemeinsamen Betätigungseinrichtung gemeinsam verstellt werden, insbesondere synchron miteinander. Die 7a veranschaulicht dies anhand eines Beispiels mit mechanischer Verstellung durch einen Bowdenzug. Die Bowdenzughülle 20 ist mittig an einem ortsfesten Schenkel einer zentralen Halteklammer 25 gelagert. Das Zugseil 21 erstreckt sich durch eine zentrale Bohrung in diesem Schenkel bis zu einem zentralen Zugelement 26, das in entsprechender Weise, wie vorstehend anhand der 6a beschrieben, an den Seitenschenkeln der zentralen Halteklammer 25 geführt und gelagert ist (also durch Eingriff der seitlichen Führungsnasen 26c des zentralen Zugelements 26 in korrespondierend dazu ausgebildete Führungsnuten 25a in den Seitenschenkeln der zentralen Halteklammer 25). Der Nippel des Zugseils 21 ist an dem zentralen Zugelement 26 mittels eines Klemmelements 22 oder dergleichen befestigt. An dem zentralen Zugelement 26 ist weiter eine Halteklammer 27 vorgesehen, an der die ersten Enden von Kopplungs-Zugseilen 28 befestigt sind, die in der Art des Zugseils einer Verstellvorrichtung wirken, wie vorstehend anhand der 6b beschrieben, und deren zweite Enden somit mit dem zentralen Zugelement 10 einer jeweiligen Verstellvorrichtung 1 gekoppelt sind.
Bei einer Verstellung des zentralen Zugseils 21 durch die zentrale Betätigungseinrichtung 24 kommt es so zunächst zu einer Verstellung des zentralen Zugelements 26 und in der Folge zu einer synchronen Verstellung der Kopplungs-Zugseile 28, was seinerseits eine synchrone Verstellung der Zugelemente 10 der Verstellvorrichtungen 1 in der ersten Richtung bewirkt und somit zu einer entsprechenden Ausdehnung oder Stauchung des auxetischen Materials in der zweiten Richtung führt.
Eine entsprechende synchrone Verstellung kann auch für andere Typen von zentralem Antrieb 24 erreicht werden. Beispielsweise kann der zentrale Antrieb auch ein durch einen Elektromotor 14a angetriebener Spindelantrieb sein, der zu einer synchronen Verstellung von zwei oder mehreren nachgeordneten Verstellvorrichtungen 1 führt, wie in der 7b schematisch dargestellt.
Dieses Prinzip kann beispielsweise zur synchronen Verstellung beider Seitenwangen im Bereich einer Sitzwanne oder Rückenlehne eines Fahrzeugsitzes eingesetzt werden. Durch Verstellung der Übersetzungsverhältnisse bei der Kopplung des zentralen Zugelements 26 mit den nachgeordneten Verstellvorrichtungen 1 kann grundsätzlich auch eine unterschiedliche Verstellung der nachgeordneten Verstellvorrichtungen 1 erzielt werden. Beispielsweise können die Übersetzungsverhältnisse der Kopplung des zentralen Zugelements 26 mit den nachgeordneten Verstellvorrichtungen 1 durch mechanisches Verstellen eines Drehrads oder elektromotorisch geeignet verstellt werden.
Die 8a und 8b zeigen in einer schematischen Schnittansicht die Anordnung einer Verstelleinheit 1 gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Primärschaumeinhausung 30 eines Fahrzeugsitzes. Die Verstelleinheit ist dabei von einem Aufbau, wie vorstehend anhand der 4a bis 7c offenbart. Eine verstellbare Abdeckplatte 18 ist an der oberen und unteren Kontaktfläche zwischen der Verstelleinheit 1 und der Primärschaumeinhausung 30 vorgesehen. Damit werden Relativbewegungen und unterschiedliche Druckpunkte des auxetischen Materials flächig ausgeglichen und so vergleichmäßigt. Die Verstelleinheit 1 ist von einer Primärschaumeinhausung 30 umgeben, deren Kontur auf die jeweiligen Anforderungen des Fahrzeugsitzes abgestimmt ist. Die Primärschaumeinhausung 30 weist an Ihrem vorderen Ende ein geeignet profiliertes vorderes Endstück 37 und an ihrem hinteren Ende ein geeignet profiliertes hinteres Endstück 38 auf, die bei der Weitung des auxetischen Materials in der zweiten Richtung nicht oder allenfalls unwesentlich verstellt bzw. verformt werden. Wie in der 8b für den verstellten Zustand dargestellt, wird jedoch der zentrale Abschnitt der Primärschaumeinhausung 30 aufgrund der Aufweitung des auxetischen Materials und der entsprechenden Verstellung der Abdeckplatten 18 angehoben bzw. aufgeweitet. Die Verstellung der Abdeckplatten erfolgt im zentralen Bereich dabei parallel auseinander.
Ein entsprechendes keilförmiges Auseinanderspreizen der Primärschaumeinhausung 30 lässt sich für eine Verstelleinheit mit dem Aufbau gemäß der 3a in entsprechender Weise erzielen.
Die 9a zeigt in einer perspektivischen Explosionsansicht den Aufbau einer Primärschaumeinhausung mit einer Verstelleinheit und motorisch angetriebenem Spindelantrieb gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dabei ist die Verstelleinheit 1 zwischen einer oberen Abdeckplatte 18a und einer unteren Abdeckplatte 18b aus einem steifen oder auch flexiblen Material in einer zentralen Aufnahme 34b der Primärschaumeinhausung 30 aufgenommen. Die Abdeckplatten 18a, 18b sind jeweils in einer oberhalb bzw. unterhalb der zentralen Aufnahme 34b vorgesehen oberen bzw. unteren Aufnahme 34a bzw. 34c aufgenommen. Die Breite der zentralen Aufnahme 34b ist größer als die der oberen bzw. unteren Aufnahme 34a bzw. 34c, was durch die größere Breite aufgrund der Seitenschenkel der Halteklammer 15 bedingt ist. Die obere bzw. untere Aufnahme 34a bzw. 34c weist ein rechteckiges Profil auf. Die Seitenwände der Aufnahmen 34a, 34c bewirken so eine Geradführung der Abdeckplatten 18a, 18b darin bei einer Verstellung der Verstelleinheit 1. Wie in der 9 gezeigt, können an den Enden der Halteklammer 15 sowie der Abdeckplatten 18a, 18b Führungslöcher 15b, 18c ausgebildet sein, die an Stangen oder dergleichen geführt sind.
In einem Ausgangszustand mit minimaler Weite des auxetischen Materials 54 in der zweiten Richtung können die Abdeckplatten 18a, 18b im Wesentlichen an den Innenflächen der Primärschaumeinhausung 30 anliegen. Bei einer Verstellung der Verstelleinheit 1 und Weitung des auxetischen Materials 54 in der zweiten Richtung drücken die Abdeckplatten 18a, 18b weiter gegen die Innenflächen der Primärschaumeinhausung 30, was zu einer entsprechenden Aufweitung der Primärschaumeinhausung 30 und so zu einer entsprechenden Verformung der Primärschaumeinhausung 30 führt. Dadurch kann nicht nur die Außenkontur der Primärschaumeinhausung 30 verändert werden, sondern auch die Härte der Primärschaumeinhausung 30, etwa wenn das geschäumte Material der Primärschaumeinhausung 30 aufgrund einer Weitung in der zweiten Richtung x2 in einer Richtung senkrecht zu der ersten und zweiten Richtung x1, x2 härter wird.
Wie in der 9 schematisch dargestellt, können die Ober- und Unterseite der Primärschaumeinhausung 30 auch abgeflacht ausgebildet sein. Aufgrund der Verformung bei Verstellung der Verstelleinheit 1 kann eine solche Primärschaumeinhausung 30 mit abgeflacht ausgebildeter Ober- und Unterseite auch in einen Zustand übergehen, wie im oberen Bildteil der 9 gezeigt, in der das Profil der Primärschaumeinhausung 30 dann im Wesentlichen kreisförmig ist.
Die 10a und 10b zeigen Aufbau und Wirkungsweise eines Klappenverstellers gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie dieser vorstehend anhand der 3a bereits schematisch beschrieben worden ist. Das auxetische Material 54 ist zwischen der Basisplatte 3 und der schwenkbeweglich gelagerten verstellbaren Platte 4 aufgenommen. Abstandselemente 6 gewährleisten dabei einen minimalen Abstand zwischen den beiden Platten 3, 4 und verhindern so ein allzu starkes Zusammenstauchen des auxetischen Materials, was ansonsten zu dessen Zerstörung führen könnte. Bei Verstellung des Elektromotors 14a und eines zugeordneten Spindelantriebs wird das auxetische Material 54 in der zweiten Richtung aufgeweitet, was zu einem Auseinanderklappen der beiden Klappen 3, 4 führt. Eine solche Verstelleinheit ist in der vorstehend beschriebenen Weise in einer Primärschaumeinhausung (nicht gezeigt) aufgenommen, wobei die Abdeckplatten 18a, 18b (vgl. 9) nun durch die beiden Klappen 3, 4 ersetzt sind.
Die 11a zeigt den grundsätzlichen Aufbau eines Gestells 40 für einen Fahrzeugsitz gemäß der vorliegenden Erfindung, mit einer Sitzwanne 42 und einer Rückenlehne 41, wobei an dem Gestell zumindest eine Vorrichtung 71-74 zur Verstellung der Härte und/oder Geometrie von Sitzelementen des Fahrzeugsitzes befestigt ist. An der Sitzwanne 42 sind Seitenwangen 42b vorgesehen, an der Rückenlehne 41 Seitenwangen 41b. Im Bereich der Seitenwangen 41b der Rückenlehne 41 sind Verstellvorrichtungen 72 zur Verstellung der Härte und/oder Geometrie des Fahrzeugsitzes in diesem Bereich vorgesehen. Im Bereich der Seitenwangen 42b der Sitzwanne 42 sind Verstellvorrichtungen 71 zur Verstellung der Härte und/oder Geometrie des Fahrzeugsitzes in diesem Bereich vorgesehen. Am vorderen Rand der Sitzwanne 41 ist eine weitere Verstellvorrichtung 70 zur Verstellung der Härte und/oder Geometrie des Fahrzeugsitzes in diesem Bereich vorgesehen. Im zentralen Bereich der Rückenlehne 41 sind drei Verstellvorrichtungen 72 zur Verstellung der Härte und/oder Geometrie des Fahrzeugsitzes in diesem Bereich vorgesehen, die als verstellbare Lordosestützen wirken. Am oberen Ende der Rückenlehne 41 ist ein Kopfstützenverbindungsabschnitt 44 vorgesehen, über den eine Kopfstütze 47 mit dem Gestell 40 bzw. dem Fahrzeugsitz verbunden werden kann. Wie in der 11b gezeigt, können auch in dem Kopfstützenkörper 48 bzw. in einem Primärschaumkörper hiervon Verstellvorrichtungen 74 zur Verstellung der Härte und/oder Geometrie in diesem Bereich vorgesehen sein.
Die Verstellvorrichtungen 70-74 sind über zumindest ein Abstützelement, beispielsweise einen Metallbolzen, mit einem zugeordneten Abschnitt der Sitzwanne 42 oder der Rückenlehne 41 oder des mit dem Gestell 40 verbundenen oder verbindbaren Kopfstützenmoduls 47 verbunden und so stabil gelagert, wie schematisch in der 12b gezeigt.
12a zeigt in einer schematischen Schnittansicht die Anordnung einer Primärschaumeinhausung 30 in einem Hauptschaumelement 81 des Unterteils 80 eines Fahrzeugsitzes in einem Ausgangszustand. In dem Hauptschaumelement 81 ist eine Aussparung ausgebildet, in der die Primärschaumeinhausung 84 mit der Verstelleinheit 1 aufgenommen ist. Die Oberseite 82 des Hauptschaumelements 81 hat eine geeignete Kontur und wird in einem zentralen Bereich davon durch Verstellen der Verstelleinheit 1 angehoben, um in dem zentralen Bereich einen verformten Abschnitt 87 zu bilden, wie in der 12b gezeigt.
Die 12c zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die Primärschaumeinhausung 84 weiterhin Formelemente 86 an einem vorderen und/oder hinteren Ende aufweist, was die Eigenschaften der Primärschaumeinhausung 84 bei Verstellung des auxetischen Materials weiter beeinflusst. Zuleitungen 85 zur Verstelleinheit können über das hintere Ende oder die Unterseite auf dem Hauptschaumelement 81 herausgeführt sein. Die Verstelleinheit mit der Primärschaumeinhausung 84 ist über Abstützelemente 88 an der Sitzwanne des Gestells des Fahrzeugsitzes befestigt, wodurch eine punktuelle oder auch flächige Abstützung an der Sitzwanne, am Gestell oder einer Schaumauflage realisiert werden kann. Wie durch die gestrichelte Linie in der 12c angedeutet, kann das Hauptschaumelement 81 an geeigneter Stelle eine Trennstelle zur Montage aufweisen, beispielsweise zum Aufspreizen oder Aufklappen des Hauptschaumelements 81, um die Verstelleinheit bzw. die Verstelleinheit gemeinsam mit der Primärschaumeinhausung in eine Aussparung in dem Hauptschaumelement 81 einzuführen, beispielsweise von der Unterseite des Hauptschaumelements 81 her.
Wie dem Fachmann beim Studium der vorstehenden Beschreibung ersichtlich sein wird, wird durch die Verwendung eines auxetischen Materials der Aufbau von Vorrichtungen zur Verstellung der Härte und/oder Geometrie von Sitzelementen eines Fahrzeugsitzes, insbesondere eines Kraftfahrzeugsitzes, erheblich vereinfacht. Als auxetische Materialien eignen sich hierfür grundsätzlich beliebige auxetische Materialien nach dem Stand der Technik, insbesondere Rauten-Falt-Strukturen aus einem Kunststoffmaterial, insbesondere mittels eines Spritzgußverfahrens oder Laminierprozesses hergestellt. Grundsätzlich geeignet sind auch Verbundmaterialien mit einem Kunststoffanteil oder auch Schäume mit auxetischen Eigenschaften. Aufgrund des weiteren technischen Fortschritts von 3D-Druckverfahren ist ausdrücklich auch angedacht, dass ein auxetisches Material zur Verwendung gemäß der vorliegenden Erfindung auch durch geeignete 3D-Druckverfahren hergestellt werden kann, insbesondere aus einem Kunststoff. Entsprechende Experimente des Erfinders haben die Eignung von 3D-Druckverfahren hierfür grundsätzlich bestätigt.
Bezugszeichenliste

1: Verstelleinheit / Verstellvorrichtung
2: Umhüllung
3: Basisplatte
3a: Seitenwange von Basisplatte
4: verstellbare Platte
4a: Seitenwange von verstellbarer Platte
5: Blase / Umhüllung
6: Abstandselement
7: Scharnier
9: Betätigungseinrichtung
10: Spindelmutter / Zugelement
10a: zentrale Bohrung
10b: Befestigungsaussparung
10c: Führungsnase
11: Gewindespindel
12: Druckfeder
13: ortsfestes Gegenelement
13a: zentrale Bohrung
13b: Befestigungsaussparung
13c: Führungsnase
14: Drehantrieb
14a: Elektromotor
15: Halteklammer / Halterahmen
15a: Führungsnut
15b: Führungsloch
16: Befestigungsabschnitt
17: Befestigungsbohrung
18: Abdeckplatte
18a: obere Abdeckplatte
18b: untere Abdeckplatte
18c: Führungsloch
19: elastischer Abdeckabschnitt
20: Bowdenzughülle
21: Zugseil
22: Nippel-Klemmelement
24: Betätigungseinrichtung
25: zentrale Halteklammer
25a: Führungsnut
26: zentrales Zugelement
26c: Führungsnase
27: Halteklammer
28: Kopplungs-Zugseil
30: Primärschaumeinhausung
31: Aufnahme
32: z-Innenkontur
33: Quer-Innenkontur
34a: obere Aufnahme
34b: zentrale Aufnahme
34c: untere Aufnahme
37: profiliertes vorderes Endstück von Primärschaumeinhausung
38: profiliertes hinteres Endstück von Primärschaumeinhausung
40: Kraftfahrzeugsitz
41: Rückenlehne
41a: Lehnenrahmen
41b: Seitenwange
42: Sitzwanne
42a: Sitzwannenrahmen
42b: Seitenwange
43: Vorderkante von Sitzwanne
44: Kopfstützenverbindungsabschnitt
45: Sitzschiene
46: Bügel stange
47: Kopfstütze
48: Kopfstützkörper
50: Grundeinheit aus auxetischem Material
51: Zelle
52: Längssteg
53: Quersteg
54: Block aus auxetischem Material
55: Zugsteg / Kopplungsabschnitt
56: Befestigungsabschnitt
57: Abdeckung mit wahlweise gerader oder geneigter Kontur
58: Abdeckung mit geneigter Kontur
70: Verstelleinheit an Sitzwannenvorderkante
71: Verstelleinheit an Seitenwangen von Sitzwanne
72: Lordosenstützelement
73: Verstelleinheit an Seitenwangen von Rückenlehne
74: Verstelleinheit in Kopfstütze
80: Sitzunterteil
81: Hauptschaumelement
82: Oberseite
83: Vorderkante
84: Polsterschlauch mit Verstelleinrichtung
85: Zuleitungen
86: Formelemente
87: verformter Abschnitt
88: Abstützelement
x1: erste Richtung / Zugrichtung
x2: zweite Richtung / Ausweitungsrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202009000559 U1 [0002]
DE 19737271 C1 [0003]
DE 9014111 U1 [0003]
DE 202005006988 U1 [0003]
DE 19750116 C2 [0003]
EP 1612108 A1 [0006]
US 20130264757 A1 [0006]
US 20150320220 A1 [0007]

Claims

Vorrichtung zur Verstellung der Härte und/oder Geometrie von Sitzelementen eines Fahrzeugsitzes, insbesondere eines Kraftfahrzeugsitzes, mit einer Verstelleinrichtung (1; 70-74) zum Verstellen der Härte und/oder Geometrie eines Sitzelements (87) des Fahrzeugsitzes, und einer Betätigungseinrichtung (9) zum Betätigen der Verstelleinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung (1; 70-74) ein auxetisches Material (50) umfasst und ausgelegt ist, sodass bei Betätigung durch die Betätigungseinrichtung eine Zugkraft in einer ersten Richtung (x1) auf das auxetische Material ausgeübt wird, wodurch eine Dehnung des auxetischen Materials in der ersten Richtung (x1) und eine Weitung des auxetischen Materials in einer zweiten Richtung (x2) quer zur ersten Richtung bewirkt wird, um die Härte und/oder Geometrie des Sitzelements (87) des Fahrzeugsitzes zu verstellen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das auxetische Material (50) bei Weitung in der zweiten Richtung (x2) zumindest abschnittsweise auf eine Verstellfläche (4, 5) einwirkt, um die Härte und/oder Geometrie des Sitzelements (87) des Fahrzeugsitzes zu verstellen.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Verstellfläche (4) plattenförmig ausgebildet ist und bei Weitung des auxetischen Materials in der zweiten Richtung (x2) verkippt oder weiter in der zweiten Richtung (x2) verstellt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Verstellfläche (4) schwenkbeweglich relativ zu einer ortsfesten Basisfläche (3) gelagert ist, wobei das auxetische Material (50) zwischen der ortsfesten Basisfläche (3) und der schwenkbeweglich gelagerten Verstellfläche (4) angeordnet ist, sodass die Verstellfläche (4) bei Weitung des auxetischen Materials in der zweiten Richtung (x2) relativ zu der ortsfesten Basisfläche (3) verschwenkt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Verstellfläche (4) zwei Teilabschnitte auf zwei Seiten des auxetischen Materials (50), die in der zweiten Richtung (x2) einander gegenüber liegen, aufweist, wobei ein Abstand zwischen den beiden Teilabschnitten bei Weitung des auxetischen Materials in der zweiten Richtung (x2) vergrößert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Verstellfläche (4) in einer Schnittansicht senkrecht zur ersten Richtung (x1) umlaufend oder im Wesentlichen umlaufend ausgebildet ist und zumindest abschnittsweise aus einem dehnbaren Material besteht, sodass bei Weitung des auxetischen Materials in der zweiten Richtung (x2) ein von der Verstellfläche (4) eingeschlossenes Volumen vergrößert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Verstellfläche (4) als Schlauch aus einem dehnbaren Material ausgebildet ist, dessen Längsachse sich parallel zu der ersten Richtung (x1) erstreckt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das auxetische Material (50) eine Mehrzahl von Kopplungsabschnitten (56, 57) zur Kopplung mit der Betätigungseinrichtung (9) aufweist, wobei die Betätigungseinrichtung (9) die Zugkraft in der ersten Richtung (x1) gemeinsam an sämtliche Kopplungsabschnitte (56) anlegt, um die Dehnung des auxetischen Materials in der ersten Richtung (x1) und Weitung des auxetischen Materials in der zweiten Richtung (x2) quer zur ersten Richtung zu bewirken.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Mehrzahl von Kopplungabschnitten (56, 57) erste Kopplungsabschnitte (56), die auf einer ersten Seite des auxetischen Materials (50) ortsfest gelagert sind, und zweite Kopplungsabschnitte (57) aufweist, die auf einer zweiten Seite des auxetischen Materials (50), die der ersten Seite in der Zugrichtung (x1) gegenüberliegt, verstellbar gelagert sind und mit der Betätigungseinrichtung (9) gekoppelt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die ersten Kopplungsabschnitte (56) gemeinsam an einer Halteklammer (15) befestigt sind und wobei die zweiten Kopplungsabschnitte (57) gemeinsam an einem Zugelement (10) befestigt sind, das so gelagert ist, dass das Zugelement (10) bei Betätigung durch der Betätigungseinrichtung (9) relativ zu der Halteklammer (15) in der ersten Richtung (x1) verstellt wird, wobei die Halteklammer (15) in der zweiten Richtung (x2) zumindest einseitig geöffnet ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Halteklammer (15) als U-förmiger Abschnitt eines Halterahmens ausgebildet ist, der das Zugelement (10) sowie das auxetische Material (50) in einer Ebene, die parallel zu der ersten Zugrichtung (x1) ist, gemeinsam einfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, wobei das Zugelement (10) an zwei Seiten, die einander in einer Richtung senkrecht zu der ersten und der zweiten Richtung (x1, x2) gegenüberliegen, Führungsnasen (10c) oder Führungsnuten aufweist, die in korrespondierend dazu ausgebildeten Führungsnuten (15a) oder Führungsnasen der Halteklammer (15) eingreifen, sodass das Zugelement (10) in der ersten Richtung (x1) geführt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, mit einer Mehrzahl von Halteklammern (15) und zugeordneten Zugelementen (10) zur gleichzeitigen Verstellung einer Mehrzahl von Verstelleinrichtungen, wobei die Betätigungseinrichtung (9) mit einem zentralen Zugelement (26) gekoppelt ist und das zentrale Zugelement (26) mit der Mehrzahl von zugeordneten Zugelementen (10) gekoppelt ist, sodass bei einer Betätigung der Betätigungseinrichtung (9) sämtliche zugeordneten Zugelemente (10) synchron verstellt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei das zentrale Zugelement (26) an zwei einander gegenüberliegenden Seiten Führungsnasen (26c) oder Führungsnuten aufweist, die in korrespondierend dazu ausgebildeten Führungsnuten (25a) oder Führungsnasen einer zentralen Halteklammer (25) eingreifen, sodass das zentrale Zugelement (26) in der zentralen Halteklammer (25) geführt ist, und das zentrale Zugelement (26) mit sämtlichen zugeordneten Zugelementen (10) über Kopplungs-Zugseile (28) gekoppelt ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Betätigungseinrichtung (9) als Spindelantrieb ausgebildet ist, der eine von einer Antriebseinrichtung (14, 14a) antreibbare Spindel (11) aufweist, die mit einer Spindelmutter (10) kämmt, die mit dem Zugelement (10) oder mit dem zentralen Zugelement (26) gekoppelt ist oder dieses bevorzugt ausbildet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Betätigungseinrichtung (9, 24) ein Zugseil (21) eines Bowdenzugs (20) verstellt, wobei das Zugseil (21) mit dem Zugelement (10) oder mit dem zentralen Zugelement (26) gekoppelt ist, insbesondere unmittelbar an diesem befestigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, wobei das Zugelement (10) oder das zentrale Zugelement (26) mittels eines Rückstellelements, insbesondere mittels einer Druckfeder (12), in eine Ausgangsstellung vorgespannt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verstelleinrichtung das auxetische Material (50) in der ersten Richtung (x1) zwischen einer ersten vorbestimmten Stellung (1a) und einer zweiten vorbestimmten Stellung (1b) dehnt, wobei eine Außenabmessung des auxetischen Material (50) in der zweiten Richtung in der zweiten vorbestimmten Stellung größer ist als in der ersten vorbestimmten Stellung.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei das auxetische Material (50) in der ersten Richtung (x1) mittels eines Rückstellelements, insbesondere mittels einer Druckfeder (12), in die erste Stellung vorgespannt ist, wobei die Betätigungseinrichtung bevorzugt arretierbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, wobei das auxetische Material (50) aus einer Vielzahl von Zellen (51) gleicher Grundform ausgebildet ist, die miteinander zu einem Materialblock verbunden sind, wobei den Zellen (51) ein erster Totpunkt (1a) mit einer ersten Weite der Zellen (51) in der zweiten Richtung (x2) und ein zweiter Totpunkt (1b) mit einer zweiten Weite der Zellen (51) in der zweiten Richtung (x2) zugeordnet ist, die größer ist als die erste Weite, eine Abhängigkeit der Weite der Zellen (51) in der zweiten Richtung (x2) von der Dehnung der Zellen (51) in der ersten Richtung (x1) einer vorbestimmten Funktion folgt, und die Betätigungseinrichtung (9, 24) ausgelegt ist, sodass bei einer linearen Verstellung der Verstelleinrichtung (1; 70-74) die Verstellung der Weite der Zellen (51) in der zweiten Richtung (x2) im Wesentlichen einer linearen Funktion folgt.
Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei die Betätigungseinrichtung (9, 24) eine mechanische Betätigungseinrichtung ist, der ein Steuernocken mit einer nicht-linearen Steuerkurve, zum Steuern der Zugkraft in der ersten Richtung (x1) zugeordnet ist, insbesondere ein exzentrischer Steuernocken oder ein Steuernocken mit einer exzentrischen Steuerfläche, oder wobei die Betätigungseinrichtung (9, 24) eine elektrisch oder pneumatisch betriebene Betätigungseinrichtung ist, der eine elektronische Steuerung mit einem Speicher zugeordnet ist, wobei in dem Speicher eine Kennlinie der vorbestimmten Funktion hinterlegt ist und die elektronische Steuerung die Betätigungseinrichtung (9, 24) so steuert, dass bei einer linearen Verstellung der Verstelleinrichtung (1; 70-74) die Verstellung der Weite der Zellen (51) in der zweiten Richtung (x2) im Wesentlichen einer linearen Funktion folgt.
Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, wobei in der ersten Stellung des auxetischen Materials (50) die erste Weite der Zellen (51) in der zweiten Richtung (x2) größer als eine minimale Weite der Zellen (51) in der zweiten Richtung (x2) ist und/oder in der zweiten Stellung des auxetischen Materials (50) die zweite Weite der Zellen (51) in der zweiten Richtung (x2) kleiner als eine maximale Weite der Zellen (51) in der zweiten Richtung (x2) ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Höhe des auxetischen Materials (50) in der zweiten Richtung (x2) zumindest abschnittsweise unterschiedlich ist, sodass eine Oberfläche des auxetischen Materials zumindest abschnittsweise eine gekrümmte oder abgeschrägte Kontur aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 23, wobei die Höhe des auxetischen Materials (50) an einem, in der ersten Richtung (x1) betrachtet, vorderen und/oder hinteren Ende geringer ist als an einem zentralen Abschnitt des auxetischen Materials (50).
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das auxetische Material (50) als Rauten-Falt-Struktur aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist, insbesondere mittels eines Spritzgußverfahrens eines Laminierprozesses.
Gestell (40) für einen Fahrzeugsitz, mit einer Sitzwanne (42) und einer Rückenlehne (41), wobei an dem Gestell zumindest eine Vorrichtung (71-74) zur Verstellung der Härte und/oder Geometrie von Sitzelementen des Fahrzeugsitzes befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Vorrichtung (71-74) zur Verstellung der Härte und/oder Geometrie von Sitzelementen des Fahrzeugsitzes als Vorrichtung zur Verstellung der Härte und/oder Geometrie von Sitzelementen eines Fahrzeugsitzes nach einem der Ansprüche 1 bis 25 ausgebildet ist.
Gestell nach Anspruch 26, wobei die Vorrichtung (71-74) zur Verstellung der Härte und/oder Geometrie eines Sitzelements des Fahrzeugsitzes als Vorrichtung (71, 73) zum Verstellen der Wölbung und/oder Breite von Seitenwangen eines Sitzunterteils (80) oder der Rückenlehne (41), als Vorrichtung zum Verstellen eines oberen Lehnenteils einer geteilten Rückenlehne, als Vorrichtung (72) zum Verstellen einer Lordosenstütze, als Vorrichtung (70) zum Verstellen einer Schenkelauflage des Sitzunterteils (80) oder als Vorrichtung (74) zum Verstellen der Härte und/oder Geometrie eines mit dem Gestell verbundenen oder verbindbaren Kopfstützenmoduls (47) ausgebildet ist.
Gestell nach Anspruch 26 oder 27, wobei die Vorrichtung (71-74) zur Verstellung der Härte und/oder Geometrie eines Sitzelements des Fahrzeugsitzes über zumindest ein Abstützelement (88) mit einem zugeordneten Abschnitt der Sitzwanne (42) oder der Rückenlehne (41) oder eines mit dem Gestell verbundenen oder verbindbaren Kopfstützenmoduls (47) verbunden ist.
Fahrzeugsitz, mit einem Gestell (40), das eine Sitzwanne (42) und eine Rückenlehne (41) aufweist, wobei an dem Gestell zumindest eine Vorrichtung (71-74) zur Verstellung der Härte und/oder Geometrie eines Abschnittes des Fahrzeugsitzes befestigt ist und wobei die Sitzwanne (42) sowie die Rückenlehne (41) jeweils mit einem Hauptschaumelement (81) versehen sind, um ein Sitzunterteil (80) und ein Rückenteil des Fahrzeugsitzes (40) auszubilden, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Vorrichtung (71-74) zur Verstellung der Härte und/oder Geometrie des Sitzelements des Fahrzeugsitzes als Vorrichtung zur Verstellung der Härte und/oder Geometrie des Sitzelements eines Fahrzeugsitzes nach einem der Ansprüche 1 bis 25 ausgebildet ist, die in einer Aussparung in dem Hauptschaumelement (81) aufgenommen ist.
Fahrzeugsitz nach Anspruch 29, wobei die zumindest eine Vorrichtung (71-74) zur Verstellung der Härte und/oder Geometrie des Sitzelements des Fahrzeugsitzes in einer Primärschaumeinhausung (84; 30) aufgenommen ist, die in der Aussparung in dem Hauptschaumelement (81) aufgenommen ist.
Fahrzeugsitz nach Anspruch 29 oder 30, wobei die Primärschaumeinhausung (84; 30) ein profiliertes vorderes Endstück (37) und/oder ein profiliertes hinteres Endstück (38) aufweist.
Fahrzeugsitz nach Anspruch 30 oder 31, wobei das auxetisches Material (50) in der Primärschaumeinhausung (84; 30) mit einer oberen Abdeckplatte (18a) und/oder einer unteren Abdeckplatte (18b) abgedeckt ist, um Relativbewegungen und unterschiedliche Druckpunkte des auxetischen Materials (50) auszugleichen.
Fahrzeugsitz nach Anspruch 32, wobei das auxetische Material (50) mit der Verstelleinrichtung (1) in einer zentralen Aufnahme (34b) der Primärschaumeinhausung (84; 30) aufgenommen ist, bevorzugt darin unbeweglich aufgenommen ist, die obere Abdeckplatte (18a) bzw. die untere Abdeckplatte (18b) in einer oberen Aufnahme (34a) bzw. einer unteren Aufnahme (34c) oberhalb bzw. unterhalb der zentralen Aufnahme (34b) in der zweiten Richtung (x2) beweglich geführt ist, und eine Breite der zentralen Aufnahme (34b) in einer Richtung senkrecht zur ersten und zweiten Richtung (x1, x2) größer ist als eine Breite der oberen bzw. unteren Aufnahme (34a, 34c) in der Richtung senkrecht zur ersten und zweiten Richtung (x1, x2).
Fahrzeugsitz nach Anspruch 32 oder 33, wobei die obere bzw. untere Abdeckplatte (18a, 18b) an ihrem, in der ersten Richtung (x1) betrachtet, vorderen und/oder hinteren Ende über einen elastischen Abdeckabschnitt (19) mit einer Halteklammer (15) der Verstelleinrichtung (1) verbunden ist.
Fahrzeugsitz nach Anspruch 34, wobei an dem, in der ersten Richtung (x1) betrachtet, vorderen und/oder hinteren Ende der Halteklammer (15) der Verstelleinrichtung (1) Positionierungslöcher (15b) vorgesehen sind, und/oder an dem, in der ersten Richtung (x1) betrachtet, vorderen und/oder hinteren Ende der oberen bzw. unteren Abdeckplatte (18a, 18b) Führungslöcher (18c) zum Führen der oberen bzw. unteren Abdeckplatte (18a, 18b) in der zweiten Richtung (x2) vorgesehen sind, wobei die Positionierungslöcher (15b) in der zweiten Richtung (x2) bevorzugt fluchtend zu den Führungslöcher (18c) vorgesehen sind.
Fahrzeugsitz nach einem der Ansprüche 31 bis 35, wobei die Primärschaumeinhausung (84; 30), in einer Schnittansicht senkrecht zu der ersten und zweiten Richtung (x1, x2) betrachtet, ein kreisrundes Profil aufweist, oder eine, in der zweiten Richtung (x2) betrachtet, obere Seite und/oder untere Seite der Primärschaumeinhausung (84; 30) abgeflacht ausgebildet ist.
Fahrzeugsitz nach einem der Ansprüche 29 bis 35, wobei der Fahrzeugsitz ein Kraftfahrzeugsitz ist.
Verwendung eines auxetischen Materials für eine Vorrichtung zur Verstellung der Härte und/oder Geometrie von Sitzelementen eines Fahrzeugsitzes, insbesondere eines Kraftfahrzeugsitzes, wobei durch eine Verstelleinrichtung (1; 70-74) eine Zugkraft in einer ersten Richtung (x1) auf das auxetische Material ausgeübt wird, wodurch eine Dehnung des auxetischen Materials in der ersten Richtung (x1) und eine Weitung des auxetischen Materials in einer zweiten Richtung (x2) quer zur ersten Richtung bewirkt wird, um die Härte und/oder Geometrie des Sitzelements (87) des Fahrzeugsitzes zu verstellen.
Verwendung nach Anspruch 38, wobei das auxetische Material (50) eine Mehrzahl von Kopplungsabschnitten (56, 57) aufweist, wobei die Zugkraft in der ersten Richtung (x1) gemeinsam an sämtliche Kopplungsabschnitte (56) anlegt wird, um die Dehnung des auxetischen Materials in der ersten Richtung (x1) und Weitung des auxetischen Materials in der zweiten Richtung (x2) quer zur ersten Richtung zu bewirken.
Verwendung nach Anspruch 39, wobei die Mehrzahl von Kopplungabschnitten (56, 57) erste Kopplungsabschnitte (56), die auf einer ersten Seite des auxetischen Materials (50) ortsfest gelagert sind, und zweite Kopplungsabschnitte (57) aufweist, die auf einer zweiten Seite des auxetischen Materials (50), die der ersten Seite in der Zugrichtung (x1) gegenüberliegt, verstellbar gelagert sind, wobei die Zugkraft an die zweiten Kopplungsabschnitte (57) des auxetischen Materials angelegt wird.