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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Schaumkörpers für einen Fahrzeugsitz mit einer aus einem von dem Schaum des Schaumkörpers unterschiedlichen Werkstoff gebildeten, internen Struktur, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung einen Schaumkörper für einen Fahrzeugsitz mit einer aus einem von dem Schaum des Schaumkörpers unterschiedlichen Werkstoff gebildeten, internen Struktur gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 5.
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Ein Schaumkörper ist in der Regel aus Schaum beziehungsweise Schaumstoff gebildet und weist bestimmte Eigenschaften, beispielweise bezüglich seiner Festigkeit, auf. Um diese zu variieren kann in dem Schaum beziehungsweise Schaumstoff des Schaumkörpers eine interne Struktur eingearbeitet sein. Beispielsweise werden die Eigenschaften des Schaumkörpers durch injizieren eines Zwei-Komponenten Polyurethans verändert. Ist der Schaumkörper eine Komponente eines Fahrzeugsitzes kann dies Einfluss auf die Sitzeigenschaften haben.
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Die
WO 2018/072891 A1 zeigt ein Verfahren zum Herstellen eines eine interne Struktur aufweisenden Schaumkörpers.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Schaumkörpers sowie den Schaumkörper selbst bereitzustellen, welcher besonders vorteilhaft herstellbar und darüber hinaus besonders vorteilhaft als Komponente eines Fahrzeugsitzes verwendet werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen sowie in der Beschreibung und in der Zeichnung angegeben.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren. Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Herstellen eines Schaumkörpers für einen Fahrzeugsitz mit einer aus einem von dem Schaum, welcher insbesondere als Werkstoff einen Schaumstoff umfasst beziehungsweise der Schaumstoff selbst ist, des Schaumkörpers unterschiedlichen Werkstoff gebildeten, internen Struktur. Die interne Struktur umfasst wenigstens zwei Strukturelemente und ist in einem Bereich angeordnet, welcher in dem Fahrzeugsitz eine Wange und/oder ein Seitenabstützelement und/oder eine Oberschenkelauflage bildet.
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Um nun das Verfahren besonders vorteilhaft durchführen zu können, wird der Werkstoff, welcher insbesondere beispielsweise ein polymeres Material ist, welches in dem Schaumkörper aushärten kann, von wenigstens zwei Strukturelementen beziehungsweise für wenigstens zwei Strukturelemente der internen Struktur gleichzeitig durch eine jeweilige Injektionsnadel in den Schaumkörper injiziert. Die jeweilige Injektionsnadel weist dabei eine Formgeometrie auf, welche der Form der Öffnung der Injektionsnadel entspricht und einen jeweiligen Querschnitt entlang der jeweiligen Injektionsrichtung der jeweiligen Injektionsnadel des jeweiligen Strukturelements charakterisiert. Der Schaum kann beispielsweise ein Kaltschaum oder ein Heißschaum sein, sodass beispielsweise Fahrzeugsitze für die Front und/oder eine Rücksitzbank durch den Schaumkörper ausgebildet werden können.
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Mit anderen Worten wird der Werkstoff, insbesondere in nicht-ausgehärteter Form, durch wenigstens zwei Injektionsnadeln, insbesondere aber eine Mehrzahl an Injektionsnadeln, insbesondere gleichzeitig in den Schaumkörper injiziert. Dabei sind die Injektionsnadeln derart angeordnet, dass wenigstens zwei Strukturelemente, insbesondere aber eine Mehrzahl an Strukturelementen der internen Struktur gleichzeitig injiziert und somit ausgebildet werden. Die Injektionsnadel dient somit als Injektionsmittel beispielsweise einer Injektionsanlage. Die jeweilige Injektionsnadel weist eine jeweilige Formgeometrie auf, welche den Querschnitt entlang der jeweiligen Injektionsrichtung der jeweiligen Injektionsnadel des jeweiligen Strukturelements charakterisiert. Soll beispielsweise ein im Wesentlichen stäbchenförmiges Strukturelement durch eine der Injektionsnadeln ausgebildet werden, wird diese in den Schaum des Schaumkörpers eingesteckt und der Werkstoff durch die Injektionsnadel injiziert. Das heißt, dass der Werkstoff über die Öffnung der Injektionsnadel in den Schaum abgegeben wird, wobei gleichzeitig mit dem Injizieren ein Herausziehen der Injektionsnadel in beziehungsweise entgegen der Injektionsrichtung erfolgt, sodass das Strukturelement ausgebildet werden kann. Der Werkstoff ist vorteilhafterweise beispielsweise ein Zwei-Komponenten Polyurethan, welches nach dem Injizieren aushärtet, um so die interne Struktur zu bilden beziehungsweise zu festigen.
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Bei der Verfahren kann der Abstand zwischen zwei Injektionsnadeln beziehungsweise Injektoren gleichmäßig oder ungleichmäßig sein. So können diese beispielsweise in einer Linie oder als gleichschenkliges oder nicht gleichschenkliges Dreiecke angeordnet sein, das heißt an jeder Ecke des Dreiecks befindet sich eine der Injektionsnadeln. Ferner sind dadurch quasi beliebige Geometrien ausbildbar. So kann die Injektionsrichtung zweier Injektionsnadeln parallel oder aber schräg zueinander sein.
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Die Erfindung ermöglicht es, einen Schaumkörper mit zwei unterschiedlichen Härteeigenschaften auszubilden. Durch die geeignete Auswahl der Formgeometrie, also des Querschnitts der Injektionsnadel, können besonders vorteilhafte interne Strukturen bei dem insbesondere „in foam printing“ genannten Verfahren erzeugt werden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren handelt es sich im Wesentlichen um ein 3D-Druckverfahren innerhalb des Schaums. Ein Vorteil des Verfahrens ist eine Mehrfachanordnung der Injektionsnadel, das heißt das wenigstens zwei, insbesondere aber mehr Injektionsnadeln verwendet werden, wodurch die Produktivität besonders hoch ist, da der Schaumkörper beziehungsweise dessen interne Struktur besonders schnell ausgebildet beziehungsweise hergestellt werden kann. So kann durch das vorgestellte Verfahren die Produktivität beim Herstellen des Schaumkörpers besonders groß sein.
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Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ist, dass durch den Schaumkörper und dessen innere Struktur im Vergleich zu einem nur aus dem Schaum bestehenden Schaumkörper eine Veränderung der Härteeigenschaft bedarfsgerecht ermöglicht wird. Ferner kann durch den Schaumkörper eine Verbesserung des Einsinkverhaltens des Fahrzeugsitzes ermöglicht werden. Darüber hinaus kann das Verfahren besonders kosteneffizient betrieben werden.
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Ein weiterer Vorteil des Verfahren ist, dass die Formgeometrie, also der Querschnitt der jeweiligen Injektionsnadel, beispielsweise auch doppelwandige Ausführungen erlaubt, sodass eine innere und eine äußere Wandung der Injektionsnadel beim Einstechen in den Schaum beispielsweise einen Luftkanal zur Belüftung des Fahrzeugsitzes erzeugen können. Dabei kann zwischen der inneren und der äußeren Wandung der Werkstoff initiiert beziehungsweise eingespritzt werden. So sind quasi beliebige Formen beziehungsweise Geometrien des Querschnitts einfach und doppelwandig möglich.
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Somit ergeben sich durch das erfindungsgemäße Verfahren weitere Vorteile, da der Schaumkörper beispielsweise mit Luftkanälen ausgebildet hergestellt werden kann, welche beispielsweise der Innenbelüftung des Fahrzeugsitzes dienen. Ferner kann durch geeignete Auswahl der Geometrie, also der Querschnittsgeometrie des jeweiligen Strukturelements, die interne Struktur, welche auch als In-Foam-Skelett bezeichnet werden kann, besonders vorteilhaft an die für sie benötigte Anforderung angepasst werden. Ferner kann durch ein Niederdrücken des Schaums während des Injektionsvorgangs eine inverse Härteeigenschaft des Schaums realisiert werden.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft einen Schaumkörper für einen Fahrzeugsitz mit einer aus einem von dem Schaum des Schaumkörpers unterschiedlichen Werkstoff gebildeten, internen Struktur, welche in einem Bereich angeordnet ist, welcher in dem Fahrzeugsitz eine Wange und/oder ein Seitenabstützelement und/oder eine Oberschenkelauflage bildet.
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Damit der Schaumkörper und somit der Fahrzeugsitz besonders vorteilhaft ausgebildet werden kann, wird dieser mittels des oben vorgestellten Verfahrens hergestellt.
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Durch die interne Struktur kann der Fahrzeugsitz vorteilhafter Weise beispielsweise beim Auftreten von G-Kräften verstärkt Halt geben und kann somit besonders benutzerfreundlich ausgebildet werden. Ferner kann die interne Struktur beispielsweise vorteilhaft als Ein- und Ausstiegshilfe ausgebildet sein.
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Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Dabei zeigt:
- 1 eine schematische, geschnittene Seitenansicht eines Schaumkörpers für einen Fahrzeugsitz;
- 2 eine schematische Draufsicht einer weiteren Ausführungsform des Schaumkörpers; und
- 3 einen schematischen Querschnitt einer Injektionsnadel für ein Verfahren zum Herstellen des Schaumkörpers.
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1 zeigt in einer schematischen, geschnittenen Seitenschnittansicht einen Schaumkörper 10 für einen Fahrzeugsitz eines Kraftwagens, welcher nicht gezeigt ist. Der Schaumkörper 10 umfasst eine aus einem von dem Schaum 12 des Schaumkörpers 10 unterschiedlichen Werkstoff 14 gebildete, interne Struktur 16. Die interne Struktur 16 weist wenigstens zwei Strukturelemente 18 auf, welche in einem Bereich 20 des Schaumkörpers 10 angeordnet sind. Der Bereich 20 bildet in dem Fahrzeugsitz eine Wange und/oder ein Seitenabstützelement und/oder eine Oberschenkelauflage. In der gezeigten Ausführungsform ist der Schaumkörper 10 insbesondere als Sitzkissen eines Fahrzeugsitzes ausgebildet.
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Durch die interne Struktur 16 ist es möglich, den Schaumkörper 10 und somit den Fahrzeugsitz in unterschiedliche Bereichen beispielsweise unterschiedliche Härteeigenschaften beziehungsweise ein unterschiedliches Einsinkverhalten aufzuprägen. So kann insbesondere der Bereich 20 durch die interne Struktur 16 gegenüber dem Rest des Schaumkörpers 10 beispielsweise insbesondere einen höheren Härtegrad beziehungsweise Härteeigenschaft aufweisen.
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Um den gezeigten Schaumkörper 10 besonders vorteilhaft herstellen zu können, wird bei einem Verfahren zum Herstellen des Schaumkörpers 10 der Werkstoff 14 von wenigstens zwei der Strukturelemente 18 der internen Struktur 16 gleichzeitig durch eine jeweilige eine Formgeometrie 22, welche einen Querschnitt entlang einer jeweiligen Injektionsrichtung 24 des jeweiligen Strukturelements 18 charakterisiert, aufweisende Injektionsnadel 26 in den Schaumkörper 10 injiziert wird.
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Der Werkstoff 14 ist vorteilhafterweise beispielsweise aus einem Zwei-Komponenten Polyurethan, welches in den Schaum 12, welcher insbesondere ein Schaumstoff sein kann, durch die wenigstens zwei Injektionsnadeln 26 in den Schaumkörper 10 injiziert wird. Dabei ist der Werkstoff 14 während des Injizierens insbesondere flüssig beziehungsweise zumindest zähflüssig und härtet in dem Schaum 12 aus, wobei ein Teil der Form, insbesondere senkrecht zum Querschnitt entlang der jeweiligen Injektionsrichtung 14, des Strukturelements 18 durch das Bewegen der Injektionsnadel 26 während des Injizierens entlang der Injektionsrichtung 14 gebildet wird.
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2 zeigt eine schematische Draufsicht einer weiteren Ausführungsform des Schaumkörpers 10, welcher als Sitzkissen des Fahrzeugsitzes ausgebildet ist, wobei an dem Schaumkörper 10 zwei Injektionsbereiche 28 ausgebildet sind, innerhalb welchen beispielsweise jeweils eine der Injektionsnadeln 26, welche als Injektionsmittel für den Werkstoff 14dient, eingeführt werden, um den Bereich 20, welcher die interne Struktur 16 aufweist, auszubilden.
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3 zeigt in einer Draufsicht die Formgeometrie 22 einer der Injektionsnadeln 26. In der gezeigten Ausführungsform ist die Formgeometrie wenigstens doppelwandig und weist wenigstens eine innere Wandung 30 sowie eine äußere Wandung 32 auf, sodass bei dem für zum Injizieren benötigten Einstechen der Injektionsnadel 26 in den Schaum 12 beispielsweise ein Luftkanal zur Entlüftung des Fahrzeugsitzes erzeugt werden kann. Gleichzeitig wird der Werkstoff 14 innerhalb der inneren Wandung 30 oder in dem Bereich zwischen der inneren Wandung 30 und der äußeren Wandung 32 eingespritzt beziehungsweise injiziert. Mit anderen Worten ist die Formgeometrie 22 wenigstens einer der Injektionsnadeln 26 doppelwandig ausgebildet, sodass der durch diese Injektionsnadeln 26 injizierte Werkstoff 14 in dem Strukturelement 18 einen Kanal 34 ausbilden kann.
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Die Formgeometrie 22 der jeweiligen Injektionsnadel, ist insbesondere beispielsweise in dem insbesondere als Mundstück ausgebildeten Öffnungsbereich, aus welchem der Werkstoff 14 in den Schaum 12 eintritt, angeordnet. Das gezeigte Verfahren, welches als in-Schaum-Druck (Englisch: in foam printing) quasi als 3D-Druck im Schaum 12 funktioniert, kann zur Herstellung unterschiedlichster Schaumkörper 10 verwendet werden. So können Schaumkörper 10 mit insbesondere variablen Härten ausbildet werden. Je nach gewünschter Eigenschaft der internen Struktur 16, beispielsweise je nach gewünschtem Härtegrad und/oder Belüftungsmöglichkeit kann die Formgeometrie 22 kreisförmig, oval, halbkreisförmig, S-förmig, D-förmig, H-förmig, L-förmig, M-förmig, N-förmig, A-förmig, B-förmig, plus-förmig, minus-förmig, punktförmig, sternförmig, rechteckig, insbesondere quadratisch, rautenförmig, trapezförmig, parallelogrammförmig, dreieckförmig und/oder polygonförmig ausgebildet sein. So kann die Formgeometrie 22 kreisförmig oder aber oval, oder halbkreisförmig und dabei wie in 3 gezeigt insbesondere doppelwandig ausgebildet sein. Die polygonförmige Ausbildung der Formgeometrie kann beispielsweise in Form eines 5-, 6-, 7-, 8-, 9- oder 10-Ecks und so weiter erfolgen.
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In einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Formgeometrie 22 beispielsweise dreieckig. Dabei kann das Dreieck insbesondere die Form eines unregelmäßigen Dreiecks, eines gleichschenkligen Dreiecks, eines gleichseitigen Dreiecks, eines spitzwinkligen Dreiecks, eines rechtwinkligen Dreiecks oder eines stumpfwinkligen Dreiecks aufweisen. Ferner kann das Dreieck optional doppelwandig ausgebildet sein.
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In vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens wird der Schaumkörper 10 in zumindest einem Teilbereich, welcher insbesondere zumindest ein Teil des Bereichs 20 ist, während des Injizierens und/oder während des Aushärtens des durch die wenigstens zwei Injektionsnadeln 26 injizierten Werkstoffs 14 komprimiert. Das Komprimieren kann beispielsweise in Form eines Eindrückens beziehungsweise Deformierens des insbesondere elastischen Schaums 12 beispielsweise durch einen Niederhalter und/oder Spanner und/oder eine Zange erfolgen. Anschließend folgt die Injektion beziehungsweise das Injizieren des Werkstoffs 14 in den Stoff. Nun kann variiert werden, ob im komprimierten Zustand des Schaumkörpers 10 das Aushärten erfolgt, wobei eine Topfzeit von 2 Sekunden bis 2 Stunden, vorzugsweise 30 Sekunden bis 5 Minuten betragen kann. Anschließend erfolgt das Loslassen beispielsweise des Niederhalters, sodass die Komprimierung des Schaumkörpers 10 aufgehoben wird. Dadurch kann für den Fall, dass das Aushärten während des Komprimierens erfolgt beispielsweise eine inverse Härteeigenschaft des Schaums erreicht werden. Für den Fall dass die Komprimierung vor dem Aushärten beendet wird, wird beim Lösen und beim Entkomprimieren durch eine Art Sogwirkung der noch flüssige in den Schaum 12 eingebrachte Werkstoff 14 besonders vorteilhaft verteilt. So können durch das Verfahren beispielweise eine besonders präzise beziehungsweise exakte interne Struktur 16 ausgebildet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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